1MW双馈风力发电机故障排查手册V0

1、2.1MW双馈风力发电机故障排查 手册 V1.0 2.1MVW馈风力发电机 故障排查手册FD2.1(V1.0) 西安正麒电气有限公司 版本说明： 版本 更改内容 编写 更改日期 备注 FD2.1 v1.0 ) 初始版本 李剑 2015.06.09 3 / 27 4 / 27 目录 1 手册的描述 4 2 电机结构 9 22 8 3 双馈电机简介，工作原理 4 电机常见故障12 5 电机主要部件常见故障及解决方法 6 注意事项23 5 / 27 1. 手册的描述 本维修手册适用于 2.1KW 双馈风力发电机，指导相关技术人员和专 业维修人员对电机的故障诊断、异常处理以及维护工作。 特别注意： 请

2、认真阅读使用说明书，本手册对系统的外部接口、性能参数等 不再作具体介绍。 请相关人员仔细阅读学习本手册和用户手册，只有通过系统学习 和培训，完全熟悉安全注意、结构安装、操作维护的人员，才能 从事本系统的维修工作。 对于擅自拆除和错误维修导致系统损坏，本公司不承担任何法律 6 / 27 责任。 在没有得到本公司书面许可时，任何单位和个人不得对本手册擅 自摘抄、复印，不得以任何形式进行传播。 本产品在改进的同时，资料可能有所改动，恕不另行通知 7 / 27 2. 电机结构 2.1MW双馈风力发电机为 2100kW三相异步电机，定子接 线方式三角形型连接，转子接线方式星形连接，冷却方式为 风冷却。

3、冷却 器风 图1 图 1. 电机外观 定子 定子接 线盒 注油 8 / 27 图 2. 电机外观图 图 3. 电机外观图 9 / 27 1.1 定子，机座为焊接结构，内部铁芯叠压后由轴向扣片拉 紧定子线圈为 3 相成型线圈嵌线后整体真空压力浸漆绝缘等 级 H 三相绕组由电缆线引固定在机座上的大接线盒内。 1.2 转子，为绕线式转子铁心采用压力安装在轴上转子绕组 为波形绕组，绕组 K、L、M端头通过轴孔引出与非传动端滑 环连接轴接地采用接地电刷电刷装在滑环室并有电刷磨损 报警单元编码器安装于轴的非传动端。 1.3 加热器，加热器位于电机定子腔内，主要用于低温环境 下对电机绕组进行加热。 1.4

4、端盖、轴承端盖采用铸造结构轴承采用两个绝缘深沟球 轴承。 1.5 冷却和通风，发电机采用机壳水内冷却，电机内部风扇 使空气循环流动把热量传到电机机壳机壳中循环的冷却水 将热量带走，滑环室内部空气自然流动，热量传递给滑环室 再经过顶部装的水冷机构进行冷却。 1.6 滑环室滑环室， 装在电机外部的非传动端防护等级 IP23 滑环装在轴上，刷架系统装配于滑环室内，然后固定在非传 动端端盖上，用传感器监控主电刷和轴接地电刷磨损外接信 号电缆固定于辅助接线盒内。 1.7 接线盒，大接线盒位于电机传动端顶部从右侧出线从传 动端看。 1.8 电器连接，电机定子、转子三相绕组由外接电缆引出固 10 / 27

5、定于接线盒内，是日常维护电机所必需的维护。包括轴承， 润滑，滑环和电刷维护，清洁电机和附件。 3. 双馈电机简介，工作原理： （1）简介 双馈异步风力发电机（ DFIG， Double-Fed Induction Generator ）是一种绕线式 感应发电机 ，是变速恒频风力发 电机组的核心部件，也是风力发电机组国产化的关键部件之 一。该发电机主要由电机本体和冷却系统两大部分组成。电 机本体由定子、转子和轴承系统组成，冷却系统分为水冷、 空空冷和空水冷三种结构 . 双馈异步发电机的定子绕组直接与电网相连，转子绕组 通过变流器与电网连接，转子绕组电源的频率、电压、幅值 和相位按运行要求由变频器

6、自动调节， 机组可以在不同的转 速下实现恒频发电，满足用电负载和并网的要求。由于采用 了交流励磁，发电机和电力系统构成了 柔性连接 ，即可以 根据电网电压、电流和 发电机 的转速来调节励磁电流，精确 的调节发电机输出电压，使其能满足要求。 （2）工作原理： 双馈感应发电机由定子绕组直连定频三相电网的绕线型 感应发电机和安装在转子绕组上的双向背靠背 IGBT 电压源 变流器组成。 11 / 27 “双馈”的含义是定子电压由电网提供，转子电压由变流 器提供。该系统允许在限定的大范围内变速运行。通过注入 变流器的转子电流，变流器对机械频率和电频率之差进行补 偿。在正常运行和故障期间，发电机的运转状态

7、由变流器及 其控制器管理。 变流器由两部分组成：转子侧变流器和电网侧变流器， 它们是彼此独立控制的。 电力电子变流器的主要原理是转子 侧变流器通过控制转子电流分量控制有功功率和无功功率， 而电网侧变流器控制直流母线电压并确保变流器运行在统 一 功率因数 （即零无功功率）。 功率是馈入转子还是从转子提取取决于传动链的运行条 件：在超同步状态，功率从转子通过变流器馈入电网；而在 欠同步状态，功率反方向传送。在两种情况（超同步和欠同 步）下，定子都向电网馈电。 （ 3）优点： 首先，它能控制无功功率，并通过独立控制转子励磁电流解 耦有功功率和无功功率控制。其次，双馈感应发电机无需从 电网励磁，而从转

8、子电路中励磁。最后，它还能产生无功功 率，并可以通过电网侧变流器传送给定子。但是，电网侧变 流器正常工作在单位功率因数， 并不包含风力机与电网的 功功率 交换。 4. 电机常见故障 12 / 27 4.1 ：电机过热的原因有哪些？ （1）负载过大； （2）缺相； （3）风（水）道堵塞； （4）低速运行时间过长； （5）电源谐波过大。 4.2 ： 电机三相电流不平衡的原因有哪些？ （1）三相电压不平衡； （2）电机内部某相支路焊接不良或接触不好； （3）电机绕组匝间短路或对地、相间短路； （4）接线错误。 （ 5）主接线盒内的连接螺栓个别没有紧固或导线接触面不 干净。 4.3 ：电机缺相的原因有

9、哪些？ 电源方面： （1）开关接触不良； （2）变压器或线路断线； （ 3 ）保险熔断。 电机方面： （1）电机接线盒螺丝松动接触不良； （2）内部接线焊接不良； （3）电机绕组断线。 13 / 27 4.4 ：造成电机异常振动和声音的原因有哪些？ 机械方面： （1）轴承润滑不良，轴承磨损； （2）紧固螺钉松动； （3）电机内有杂物 （4）轴承室磨损 （ 5 ）电机不同心。 电磁方面： （ 1）电机过载运行； （2）三相电流不平衡； （3）缺相； （4）定子，转子绕组发生短路故障； （5）笼型转子焊接部分开焊造成断条。 4.5 ：电机轴承过热的原因有哪些？ 电机本身： （1）轴承内外圈配合过紧

10、； （2）零部件形位公差有问题，如机座、端盖、轴等零件同 轴度不好； （3）轴承选用不当； （4）轴承润滑不良或轴承清洗不净，润滑脂内有杂物； （5）轴电流。 使用方面： 14 / 27 1） 机组安装不当，如电机轴和所拖动的装置的轴同轴度 一合要求； （ 2）皮带轮拉动过紧； （3）轴承维护不好，润滑脂不足或超过使用期，发干变质。 4.6 ：电机绝缘电阻低的原因有哪些？ （ 1）绕组受潮或有水侵入； （2）绕组上积聚灰尘或油污； （3）绝缘老化； （ 4）电机引线或接线板绝缘破坏。 4.7 ：电机轴电流 : 。 电机的轴轴承座底座回路中的电流称为轴电流 轴电流产生的原因： （ 1）磁场不对称

11、； （2）供电电流中有谐波； （3）制造、安装不好，由于转子偏心造成气隙不匀。 轴电流危害：使电机轴承表面或滚珠受到侵蚀，形成点状微 孔，使轴承运转性能恶化，摩擦损耗和发热增加，最终造成 轴承烧毁。 5. 电机主要部件常见故障及解决方法 5.1 ：轴承部分。 为保证其使用寿命轴承要求定期润滑，轴承加油要求：加油 部位传动端润滑点 1100g。非传动端润滑点 2100g。加油周 15 / 27 期自动注油系统 P22344036972:每经过 3500h 向每个润滑点 加油 100g，若采用手动注油时按照每 3500h 分别向润滑点 1、 2 各加注 100g 。 轴承故障主要表现在以下几个方面

12、 a、电蚀现象表面可看见斑点在显微镜下可观察到斑点是由 细小凹坑簇集而成进一步发展就可导致波纹状表面。 原因电 流流经轴承就会产生电火花从而溶融轨道表面。 解决办法通 过调整接地电刷的压力或采用绝缘轴承避免电流流动。 b、剥离现象轨滚道表面被剥离表面发生剥离后非常粗糙。 原因辗压疲劳。 剥离常常是因为过载而过早发生而过载是由 不正确操作导致轴和轴承座精度太低安装误差异物侵入或 生锈等引起。解决办法，找出载荷过重的原因。检查工作环 境并且尽量采用承载能力大的轴承。 增加润滑油的粘度和改 善润滑系统以形成润滑油膜。减小安装误差。 c、变色现象轨道表面变色。原因过热导致变色变质的润滑 油在表面沉积。

13、解决办法 : 涂一层有机溶剂后可以除去润滑 油中的沉积。用砂纸打磨都不能除去的粗糙面就是生锈或是 腐蚀如果能完全除去那就是过热导致的回火变色。 d、崩蚀现象崩蚀是因轴承粘住而发生装配崩蚀造成的痕迹 沿轴向此外崩蚀还可发生在滚子端面以及引导挡边在回转 方向上轨道表面以及滚动接触表面的划痕。 形成原因装配和 移动过程损坏径向负荷太大以致接触表面无法形成持续油 16 / 27 膜或异物侵入预压力太、大滚动体产生滑动或润滑条件差。 解决办法改进装配工艺。改进工作条件。正确预压。选择适 当的润滑剂和润滑系统。改善密封效果。 e、摩擦损伤和摩擦侵蚀现象摩擦表面生锈有红色和微粒部 分形成凹陷。 摩擦侵蚀现象

14、摩擦表面生锈有红色和微粒部分 形成凹陷。 在轨道表面被作为摩擦腐蚀的凹坑相对滚动体是等 距离形成的。 形成原因振动载荷施加在接触的部件上就会产生较 小振幅的震荡润滑剂会被挤出接触面而且各部分蠕动量很大。 轴 承的振动角度很小。 润滑条件不好甚至无润滑。 脉动载荷。 运动 过程中的振动。振动轴安装偏斜安装误差大配合太松。 解决办法 a. 内圈与外圈应该独立包装好再运输如果不能分开轴承应 该施加预压。 b. 当轴承用在振动场合中时应使用粘度较大的润滑脂。 c. 换润滑剂。 d. 调整轴与轴承孔。 e. 改善配合。 f 、刮痕现象表面粗糙并且有细小微粒粘着。原因滚动体在滚动 中产生滑动而润滑剂性能太

15、差不能避免滑动。解决办法选择最 佳润滑油和润滑系统使之能够形成完整的油膜。 使用附带加 压装置的润滑剂。采取诸如选择较小径向游隙和预压的方式 以避免滑动。 17 / 27 g、生锈和腐蚀现象轴承内、外圈和滚动体表面生锈。有时 候滚动体生锈位置是等间距的。 原因轴承浸水或腐蚀性物质如 酸性物质或空气中的水分凝结到轴承上。包装、存储条件太差 或是徒手搬运。解决办法改善密封效果。定期检查润滑 油。小心搬运轴承。当轴承很长时间不工作时就要考虑 防锈。 h, 缺损和破裂现象轴承内、外圈以及滚动体部分破损。原因 较大固体异物侵入冲击或过大载荷不适当的搬运方式。 5.2：碳刷部分 碳刷，碳刷维护检查周期是

16、6 个月。 碳刷的检查内容有： 1）正常运行状态下的碳刷摩擦面的光洁度。 2）检查电刷高度，电刷剩余高度是新电刷高度的 1/3 ，需要 更换新的电刷，更换新的电刷必须是规定的型号和尺寸。 新电刷的安装方法： 将电刷磨出滑环面的弧度在电机外预磨以保证电刷与 滑环的触面积将电刷装入刷握检查电刷导向和运动。 用砂纸 带包住滑环纸带， 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按电机旋转方向拉纸带。 为加 快预磨速度开始用粗纤维大砂粒的砂纸来粗磨然后用细砂 纸进行精磨。粗磨两个方向都可以磨精磨只能按上述 3 项分 步来做。 电刷接触面不得少于 80。磨完之后用软布仔细擦净

17、18 / 27 刷面。用刷子小心刷掉磨掉的碎屑。用手指触摸电刷以确认 没有异物。完成磨校之后仔细清除电刷刷件滑环和滑环组件 表面碳粉。 （已经检查并重新安装到正确位置的电刷必须能 在刷握里活动自如电刷不能咔哒喀哒响） 。如有响声取下电 刷检查刷握，刷握是否紧固并检查刷架盒的内表面。底边和 滑环面之间的距离 2.5mm。 检查压杆看其是否正常起作用。 检查滑环。滑环在电接触面正常运行时会留下电刷的刷痕， 滑环的表面质量反映出电刷的运行特性， （注意在运行时间 约 500 小时之后会出现小刷痕小刷痕不会影响到滑环的安全 功能。）如果表面有烧结点，大面积烧伤或烧痕滑环径向跳 动超差必须重磨滑环，重新

18、磨的滑环要求表面粗糙度要达到 Rz10。如果出现小污点需按旋转方向来重磨滑环。此磨具必 须与滑环的实际弯曲面一致。 尽可能不要磨掉光泽层光泽层 可保证在现有的运状态下接触良好。 磨削时要注意滑环最小 直径。 如果初始直径 320mm最小直径 310mm注意当滑环直径 小于最小直径时必须更换滑环。 1 碳刷冒火 1）原因分析。滑环和碳刷之间出现火花时，如果不及时处 理，两者在接触过程中将会失去正常工作条件，发生环火， 烧损碳刷及刷架，损伤滑环，造成一点接地故障。 a. 碳刷研磨不良，接触面积过小，引起碳刷出现火花。 19 / 27 b. 碳刷牌号不符合规定或不同牌号碳刷使用在同一集电极 上，引起

19、碳刷出现火花。 c. 碳刷位置不能对准滑环圆周的法线方向，刷握距离高度不 一，引起碳刷出现火花。 d. 刷架与集电环之间间隙不符合规定，引起碳刷出现火花。 e. 碳刷和引线、引线和端子之间发生连接松动，产生局部火 花。 f. 碳刷磨损过度，引起碳刷出现火花。 g. 碳刷和刷握间隙不合适，使得火花随负荷增大而增大。 h. 集电环表面磨损不均、表面凹凸不平或机组振动过大，造 成碳刷振动，导致接触面积过小，引起碳刷出现火花。i. 刷 握弹簧失去弹性，弹簧压力不均匀，引起碳刷冒火。 2）处理方法。 a. 碳刷研磨不良。将碳刷调整和打磨，使接触面增大，接触 面积应大于 70% 。 b. 碳刷牌号不符合规

20、定或不同牌号碳刷使用在同一集电极 上。更换制造厂家制定或试验合格的同一型号碳刷在同一极 上。 c. 刷架位置安装不对，调整碳刷位置使得碳刷对准滑环圆周 的法线方向，刷握距离高度一致。 d. 刷架与集电环之间间隙不符合规定。调整其间隙符合制造 厂要求的 34mm 。 20 / 27 e. 碳刷和引线、引线和端子之间连接松动。对松动部分进行 紧固。 f. 当碳刷磨损到极限线时 （短边为 15mm 时） 应更换。 g. 碳刷和刷握间隙不合适时， 调整碳刷在刷握内与四周间隙均 在 0.2mm 即可。 h.在机组检修时，要监督测量发电机滑环偏心度、表面光洁 度，发现问题及时处理。 i. 对失去弹性的弹簧

21、进行更换，调整弹簧压力，保持在厂家 要求范围内。 2 发电机碳刷温度高 1） 原因分析。 碳刷正常运行温度为 5080 （温升 40 ）， 电流分布整体平衡， 每块碳刷工作电流 20100A 。刷握弹簧 压力均匀，碳刷活动自如且无振动卡涩现象。碳刷与滑环运 行中产生的热量由通风系统带走。如果碳刷变短，接触电阻 和附加电阻增大，刷握弹簧压力减小，碳刷运行工况变差。 当工作电流增加时， 系统的平衡能力降低， 使系统温度升高， 达到无法控制状态。 a. 冷却装置故障，使碳刷与滑环产生的热量不能及时散出， 导致碳刷和滑环温度过高。 b. 励磁系统过负荷使碳刷温度高。 c. 碳刷与滑环接触面过小造成温度

22、高。 d. 滑环风孔堵塞造成温度高。 21 / 27 e. 碳刷本身质量问题引起温度高。 f. 弹簧压力过高，机械磨损产生的热量将会增加，使得碳刷 的温度过高。 2 ) 处理方法。 a. 由于冷却装置引起如进风口或风道堵塞，可先采 用外部冷却方式后，尽快疏通风道，进行疏通时不能让风道 产生短路或 漏风。 b. 励磁系统过负荷时立即调整励磁系统电流。 c. 由于碳刷与滑环接触面过小，将碳刷调整和打磨，使碳刷 接触面积应大于 70% 。d.由于滑环风孔堵， 先采用压缩空气 进行吹扫或用外部冷却方式进行降温，待停机后再组织疏 通；停机后采用四氯化碳清洗滑环。 e. 由于碳刷质量引起， 应尽快更换新碳

23、刷，新旧碳刷型号应一致。运行中更换，每 极做好更换不超过 3 块。 f. 由于弹簧压力过高，调整碳刷与压紧弹簧之间压力至制造 厂规定压力范围内。各碳刷压力差不大于 10% 。 3 碳刷破损 1) 原因分析。碳刷发生破损，使得碳刷和滑环接触面积减 小，分流量减小，容易引起碳刷过载。 a. 碳刷温度高发生破损。 b. 碳刷未打磨好发生破损。 22 / 27 c. 机组振动大，碳刷有卡涩现象导致碳刷破损。 d. 碳刷质量差发生破损。 2 ) 处理方法。 a. 碳刷温度高发生破损，查找温度高的原由并消除，将破损 碳刷换下后，必须进行调整。 b. 碳刷未打磨好发生破损，如打磨时碳刷弧度小，应重新打 磨，

24、使碳刷在刷握内活动自如，无振动现象。 c. 由于机组振动大，碳刷有卡涩现象导致碳刷破损，应重新 打磨和调整碳刷，使碳刷在刷握内活动自如。 d. 碳刷质量差发生的破损，尽快更换，保证碳刷质量。 4 碳刷跳动 4.1 ) 原因分析。碳刷跳动使得碳刷磨损增大，磨损增大会 使得产生 碳粉，大量碳粉使得碳刷卡涩，也有可能造成碳刷发生崩角 现象。 a. 滑环发生偏心或凹凸不平，引起碳刷跳动。 b. 由于碳刷有破裂细块掉在刷握中，引起碳刷跳动。 c. 弹簧压力不够，引起碳刷跳动。 d. 刷握变形，引起碳刷跳动。 4.2 ) 处理方法。 a. 由于滑环发生偏心或凹凸不平，引起碳刷跳动。在机组检 修时，要监督测

25、量发电机滑环偏心度、表面光洁度。 23 / 27 b. 由于碳刷有破裂细块掉在刷握中，引起碳刷跳动。要立即 将破损的细碳刷块清除，若破损严重，及时更换碳刷。 c. 弹簧压力不够，引起碳刷跳动。更换新弹簧夹。 d. 刷握变形，引起碳刷跳动。将碳刷更换。 4.3 通过对发电机碳刷滑环常见故障原因分析，我们发现影 响发电机滑环和碳刷安全稳定运行的因素很多， 为了能尽量 减少故障的发生， 保证设备安全稳定的运行， 提出几点建议。 4.3.1 检修维护 1) 机组停运后，对滑环和碳刷以及风道进行吹灰清扫，保 证通风冷却效果。 2 ) 机组停运后，测量各碳刷压簧压力合格，保证压簧压力 在制造厂家要求范围内，防止因为长期机械劳损和过热，压 力变化使得碳刷分流不均。 3) 机组大小修期间，对滑环偏心度、椭圆度、表面光洁度 进行测量，发现问题及时处理，防止碳刷产生跳动。 4) 在机组大小修期间，对刷架和刷握进行，保证刷架和刷 握间隙在厂家要求范围内。 4.3.2 运行监督 1) 按照规定选用正确型号的碳刷，使所有碳刷型号相同， 检查碳刷外观是否良好，检查碳刷与铜辨的接触是否紧固。