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1 风机发电机知识培训 西安捷力公司风电客户服务中心 风力发电包含了由风能到机械能和由机械能到电能两个转换过程 风轮在风力的作用下转动 将吸收的动能转化为机械能 再由发电机将机械能转化为电能 当动力机的动力特性不能满足工作机的需求时 就需要使用特殊性能的传动装置对动力机的特性予以改善 以适应工作机的需求 传统的风力发电机组中就是以主轴 齿轮箱 弹性联轴节和制动器为传动装置 由增速齿轮箱将风能输入的较低转速增大到发电机需要的转速 以满足发电机工作特性的要求 概述 2 发电机作为风力发电机组将机械能转化为电能的装置 它不仅直接影响到输出电能的品质和效率 而且也影响到整个风能转换系统的性能和结构 风能具有波动性 而电网电网要求稳定的并网电压和频率 风力发电机组通过机械和电气控制可以有效解决这一问题 实现能量转换 向电网输出满足要求的电能 因此 选用适合风能转换 运行可靠 效率高 供电性能良好和便于控制的发电机是风力发电的重要环节 概述 3 并网型风力发电机组常用的发电机有异步发电机 双馈异步发电机 永磁或电励磁同步发电机等类型 异步发电机按转子结构分有鼠笼式异步发电机和绕线式异步发电机 鼠笼式异步发电机主要用于定桨距风电机组 如早期的300kW 500kW 600kW 750kW机组等1MW以下的机型应用较多 目前主要用于变桨距变频风电机组的双馈异步发电机的是绕线式异步发电机 发电机常见类型 4 同步发电机按照励磁方式的不同 有永磁同步发电机和电励磁同步发电机两种 主要用于直驱型和半直驱型风力发电机 直驱型由于不用齿轮箱增速 简化了传动链 是目前风里发电机组的主流技术之一 有较好的应用前景 发电机常见类型 5 发电机结构简单 基本结构由 1个定子 电枢 1个转子 2个端盖 2个轴承共同组成 如鼠笼型发电机 双馈异步风力发电机结构 基本型 滑环 冷却器 或空空冷却器 永磁直驱风力发电机结构 基本型 外转子永磁半直驱风力发电机结构 基本型 空冷器 内转子 风力发电机的结构 6 双馈异步发电机的定义 双馈异步发电机是恒频发电机的一种 发电机的定子和转子直接或间接与电网相连 并进行能量交换 双馈异步风力发电机系统组成如下页图所示 图中省略了变压器 滤波器等构件 其中定子通过并网开关直接接入电网 转子通过变频器接入电网 转子上装配有光电编码器 7 双馈异步发电机定义及系统组成 8 双馈异步发电机的系统组成图 工作制 连续相数 三相额定功率 1520KW额定转速 1800r min转速范围 1000 2000r min中心高 500mm额定功率下的效率 97 额定功率因数 1定子绕组连接方式 三角形定子额定电压 690V定子额定电流 1064A定子额定频率 50Hz 9 双馈异步发电机的基本参数 转子类型 绕线式转子绕组接线方式 星型转子额定电压 419V转子堵转电压 2018V最大转子电流 450A绝缘等级 H级结构型式 IMB3极数 4极冷却方式 机壳水泠绕组温升限值 105K转向 从输出轴方向观察为逆时针防护等级 IP54重量 不大于6350kg 10 双馈异步发电机的基本参数 当发电机转速小于定子旋转磁场同步转速1500rpm时 发电机处于亚同步状态 此时转子通过变频器从电网中吸收功率 定子直接馈送电能给电网 当发电机转速大于旋转磁场的同步转速1500rpm时 发电机处于超同步运行状态 此时转子通过变频器馈送电能给电网 定子直接馈送电能给电网 当发电机转速等于旋转磁场的同步转速1500rpm时 发电机作为同步电机运行 转子有功几乎为零 既不从电网吸收有功率也不向电网馈送有功 变频器向转子提供接近于直流的无功励磁电流 当发电机转速变化时 通过调整转子的频率响应变化 可使定子电流频率保持恒定不变 即与电网频率保持一致 实现了变速恒频控制 11 发电机运行过程 超同步运行状态示意图 12 亚同步状态示意图 13 永济发电机装配有4个供电电压为220V功率为150W的电加热器 电加热器的电源线已引至辅助接线盒中 控制加热器工作的温度开关 电阻温度计PT100 位于发电机定子绕组内 当发电机温度低于10 加热器开始工作 当发电机定子绕组温度高于或等于20 加热器停止工作 14 永济发电机加热器 天元发电机装配有2个供电电压为220V功率为300W的电加热器 电加热器的电源线已引至辅助接线盒中 控制加热器工作的温度开关 电阻温度计PT100 位于发电机定子绕组内 当发电机温度低于10 加热器开始工作 当发电机定子绕组温度高于或等于20 加热器停止工作 15 天元发电机加热器 一 维护的目的二 安全预防措施三 必要的整机维护四 轴承与润滑系统的维护五 定 转子绕组维护六 滑环和电刷装置的维护七 除尘装置维护 16 发电机维护 确保电机能够可靠运行 不会产生任何意外的损坏 通过有计划的定期保养和维护 以尽可能降低停机时间 维护过程中获取的数据有助于制定附加维护操作计划 17 一 维护的目的 在操作任何电气设备之前 必须采取常规电气安全预防措施并遵守本地规章 以防止出现人员伤害事故 应遵守安全人员的指导 在电气设备和装置上执行维护操作的人员必须具有高级资格 工作人员必须经过培训 熟悉旋转电机特定的维护程序和测试 18 二 安全预防措施 为了确保电机可达到较长的使用寿命 电机外表面应保持清洁并应定期检查是否存在锈迹 泄漏以及其它缺陷 电机外表面上的污垢会使机座腐蚀 并影响电机的冷却 根据电机运行环境 每年对电机进行一次整体清洁维护 检查所有紧固件 螺栓 垫圈等 连接是否良好 检查各引接电缆绝缘是否良好 检查绝缘电阻是否满足要求 19 三 必要的整机维护 20 四 轴承与润滑系统的维护 4 1轴承保养铭牌所有电机都在机座上装有轴承保养铭牌 轴承保养铭牌提供了轴承润滑信息 主要包括 使用的润滑脂类型 补充润滑脂间隔时间 补充润滑脂量 注意 在使用和维护电机时 必须按照轴承保养铭牌上提供的信息对电机轴承进行维护 4 2补充润滑脂补充润滑脂间隔时间传动端2000h 非传动端2000h 补充润滑脂量传动端120g 非传动端120g 旋转电气设备的所有轴承都需要补充润滑脂 补充润滑脂操作可手动执行也可通过自动润滑系统执行 21 四 轴承与润滑系统的维护 4 2 1为轴承手动补充润滑脂电机配有手动补充润滑脂油嘴 用带M10 1锥形润滑头的润滑油枪注油 设备运行时手动补充润滑脂 检查使用的润滑脂类型 清洁油嘴及周围区域 检查润滑通道是否畅通 将规定用量的润滑脂注入轴承 让电机运行1 2小时 以确保所有多余的润滑脂都已排出轴承 在此期间轴承温度可能暂时升高 22 四 轴承与润滑系统的维护 电机停机时手动补充润滑脂 最好在设备运行时补充润滑脂 如果不可能 或者认为这种操作具有危险 则必须在电机停机时补充润滑脂 在此情况下 检查使用的润滑脂类型 停机 清洁油嘴及周围区域 检查润滑通道是否畅通 仅将一半规定用量的润滑脂注入轴承 全速运行设备几分钟 停机 设备停止后 将规定用量的另一半润滑脂注入轴承 让设备运行1 2小时 以确保所有多余的润滑脂都已排出轴承 在此期间轴承温度可能暂时升高 23 四 轴承与润滑系统的维护 4 2 2自动润滑系统润滑电机配有自动润滑系统 系统与电机的机械连接 电气连接以及润滑间隔时间和加脂量的设置在电机出厂之前已经由电机制造厂商完成 在维护时检查自动润滑系统设定与运行状况 24 四 轴承与润滑系统的维护 4 3轴承维护滚动轴承的维护要求特别谨慎并使用专用工具和特殊方法 以确保新装配的轴承具有较长的使用寿命 在轴承维护过程中 应确保 维护过程中没有任何污垢或者碎屑进入轴承 在装配之前应清洗并干燥轴承 然后加注适当 轴承空间的1 3 1 2 润滑脂 轴承的拆卸和安装不可损坏轴承 轴承必须使用拉拔器拆卸 采用烘箱或感应加热器加热安装 加热温度不得超过120 25 四 轴承与润滑系统的维护 4 4轴承绝缘和轴承绝缘电阻检查最终装配和测试过程中的轴承绝缘电阻检查是一项主要维护操作 在设备的所有综合性检查中也应执行该操作 为了消除感应产生的轴电压形成循环轴承电流 轴承系统必须具有良好的绝缘性能 轴承的绝缘部分可隔断轴电流流过轴承 从而避免因轴电流造成轴承电蚀损坏 26 四 轴承与润滑系统的维护 本电机采用了绝缘轴承室结构 轴端设有接地碳刷装置 在运行过程中通过接地碳刷接地而释放轴电流 在测量轴承绝缘电阻时要求将电刷拔起 在冷态下用500VDC进行测量 绝缘电阻值 2M 即为合格 测试时间要求持续1分钟 若测量值过小 须将轴承加以清洁检查并在需要时重新进行绝缘检测 27 四 轴承与润滑系统的维护 确定维护时间按照电机运行经验 绝缘电阻测试应每年执行一次 其它测试只应在出现问题时执行 28 五 定 转子绕组维护 5 1绝缘电阻测试在执行常规维护过程中 电机首次启动之前或长期停机后 必须测量定子绕组和转子绕组的绝缘电阻 绝缘电阻测量可提供绕组绝缘材料的湿度和干净程度的信息 根据该信息 可确定正确的清洁和干燥操作 对于绕组干燥的新电机 绝缘电阻非常高 但是 如果设备的运输或者存储不当 受潮 或者设备操作不当都会大大降低电阻 注意 测量绕组绝缘电阻之后应让绕组立即接地 以避免触电 29 五 定 转子绕组维护 5 1 1常规问题根据绝缘电阻测试 在采取任何措施之前应考虑下列方面 如果测量值过低 必须干燥绕组 如果这些措施还不够 应请求专家帮助 对于怀疑受潮的电机 无论测量的绝缘电阻值是多少 都应仔细干燥 绕组温度升高时绝缘电阻值会降低 30 五 定 转子绕组维护 5 1 2绕组的干燥方法如果可能 可通过烘箱对整机进行加热 加热过程中要求卸下空 水冷却器 加热温度控制在75 以内 具体加热时间可根据绕组的受潮程度确定 电机可在空载电动机运行状态下进行烘潮处理 运行时间根据绕组的受潮程度确定 电机还可以通过接通机座内安装的加热器进行烘潮处理 加热时间根据加热器功率和绕组受潮程度确定 31 五 定 转子绕组维护 5 1 3绝缘电阻的最低限值热态 约75 0 69M 冷态 约20 10M 注意 如果没有达到此处给定的值 应检查确定绝缘电阻较低的原因 造成绝缘阻值较低的原因可能是湿度过大或者污垢过多 32 五 定 转子绕组维护 注意 如果最小绝缘电阻达不到要求 不要启动电机 33 五 定 转子绕组维护 为了能够比较测量的绝缘电阻值 以75 C为基准温度 实际测量值必须大于测试温度下换算出的最小绝缘电阻值R 绝缘 在不同温度下 绕组最小绝缘电阻 R 绝缘 K R 绝缘75 不同温度的绝缘电阻换算因子K值 5 2定子绕组绝缘电阻值测量使用绝缘电阻测量仪测量绝缘电阻 测试电压为500VDC 测试时间持续1分钟 然后记录绝缘电阻值 在执行绝缘电阻测试之前 必须采取下列措施 检验所有电缆引接线是否都已断开 检验避雷器回路是否与绕组断开 测量绕组温度 所有电阻温度传感器都已接地 绝缘电阻测量应在接线盒中执行 通常整个绕组一起测试 此时测量仪连接在电机机座和绕组之间 机座接地 注意 测量定子绕组绝缘电阻值后 绕组必须立即接地以释放绕组电压 34 五 定 转子绕组维护 5 3转子绕组绝缘电阻测量使用绝缘电阻测量仪测量转子绕组的绝缘电阻 转子绕组的测试电压为1000VDC 测量时间要求持续一分钟 注意事项及措施 检验所有电缆引接线是否都与电源断开 检验滑环装置连接电缆是否与电源断开 检验电机机座和定子绕组是否已接地 轴已接地 检查碳刷连接是否处于良好状态 检查测量装置 测量定子绕组温度 并以其作为转子绕组温度的参考值 绝缘电阻测量仪连接在整个转子绕组和电机轴之间 在接线盒中进行 注意 执行转子绕组测量之后 转子绕组必须立即接地以释放绕组电压 35 五 定 转子绕组维护 5 4辅助设备绝缘电阻测量为了确保设备保护装置和其它辅助设备正常运行 可通过绝缘电阻测试确定其状态 其他辅助设备应为500VDC 测量时间要求持续1分钟 绝缘电阻最低限值R 绝缘75 0 5M 36 五 定 转子绕组维护 滑环的保养滑环的滑动表面应保持光洁 应检查滑环并清洁绝缘表面 电刷磨损会产生碳尘 这些碳尘很容易在绝缘表面上积累成电桥 滑环之间可能会放电并出现火花弧 从而导致设备运行中断 37 六 滑环和电刷装置的维护 6 1停机时期如果设备要开始停机较长时间 应提起电刷 在运输 存放 安装或者较长时间的停机过程中 滑环的滑动表面可能会被污垢等异物弄脏或覆盖 在重新启动设备之前 应检查并清洁滑动表面 38 六 滑环和电刷装置的维护 6 2磨损如果滑环不光滑或者不平坦 应打磨或者在车床上车削 注意滑环直径的最小尺寸 滑环初始直径为 320mm 最小直径不得小于 310mm 整个滑环直径的同轴度应 0 05mm 如果滑环磨损严重或者严重烧伤 应装配新的滑环 使用千分表测量滑环的同轴度 测量点位于滑环表面或者电刷外端面上 记录轴转一圈的最高值和最低值 最大值和最小值之间的差值不应超过0 05mm 两个滑环的外径差值最好不超过1mm 39 六 滑环和电刷装置的维护 6 3刷架系统的保养应检查刷架系统并清洁绝缘表面 电刷磨损会产生碳尘 虽然在滑环室上方安装有风机并在滑环室下部有除尘设备 但这些碳尘还是很容易在绝缘表面上积累成电桥 清洁刷架系统时碳尘最好使用吸尘器 40 六 滑环和电刷装置的维护 6 4电刷运行一周后 进行首次检查 每隔6个月进行定期检查 关停电机 逐个取下电刷并检查电刷接触面 正常状态下的电刷表面应光滑清洁 检查电刷高度 注意电刷磨耗和剩余高度 不少于新电刷高度的1 3 如果电刷监控系统报警 请更换所有电刷 更换电刷时 注意用同一厂家 同一型号的新电刷代替 新电刷必须能在刷盒里活动自如 不能有异响 如有响声 取下电刷检查刷盒 检查电刷的同时要检查滑环状态 尤其要对滑环 刷握 连线 绝缘和刷架 进行必要的清洁 41 六 滑环和电刷装置的维护 更换电刷后要预磨电刷 按以下方法进行 用100号砂布包住滑环 砂布宽度 滑环宽度 两端余量约200mm 按电机旋转的方向将电刷按组排列预磨 然后用100号砂布进行精磨 粗磨 精磨只能按电机旋转方向进行 电刷接触面最少要达到滑环接触面的80 磨完后 用软布仔细擦拭电刷表面 用