双馈风力发电机

1、单位：哈达图风电场单位：哈达图风电场 20142014年年0808月月张朕玮张朕玮 2 一、 双馈风力发电机的结构及运行原理 二、故障分析和处理方法 三、维护保养 四、保管及使用期限 3 1、双馈型风电机组的构成及原理 2、双馈风力发电机的结构 4 该系统由双馈风力发电机(DFWG)、变流器、变压器、风机、滤波器等部分组成。 其中，DFWG的定子和电网采用硬耦合，DFWG的转子经变频器再与电网相连。 图1 变速恒频双馈风电机组的系统原理图。 变速恒频双馈发电机运行时电机转速与定、转子绕 组电压频率关系的数学表达式： f1=（p/120）nrf2 式中： f1为定子电压频率； p为电机的极数；

2、nr为双馈发电机的转速； f2为转子励磁电压频率。 由上式可知，当转速nr发生变化 时，若调节f2变化， 可使f1保持恒定不变，实现双馈发电机的变速恒频控 制。 5 6 a. 亚同步发电运行 nr n1时 ， （即 0S1） f2取正号，如果忽 略各种损耗，则发电 机的能量关系为： P电磁=P机械+P转差 P上网=P电磁 （定子馈电，转子由变 频器提供励磁） b. 超同步发电运行 nr n1时， （即 S1） f2取负号，如果忽略 各种损耗，则发电机 的能量关系为： P机械=P转差+P电磁 P上网=P转差+P电磁 （定子馈电+转子馈电） 注：n1为发电机的同步转 速。 当双馈发电机输出的有功功

3、率和转速保持恒定时，调节转 子励磁电流可以调节无功功率，控制功率因数。 当处于“欠励状态”时，定子电流Is超前于电网电压Us， 定子电流中有超前的无功分量，发电机的输出中，有超前 的无功功率；当从某一欠励磁状态开始增加转子励磁电流 时，发电机输出的超前无功功率开始减少，从而定子电流 中超前的无功分量也开始减少；达到正常励磁时，无功功 率变为零，定子侧电流中的无功分量也变为零，此时 cos=1；如果此后继续增加转子励磁电流，将进入“过励 状态”，定子电流Is滞后于电网电压Us，定子电流中有滞 后的无功分量，发电机将输出滞后性的无功功率，随着转 子励磁电流的增加，定子电流中滞后的无功分量也增加。

4、因此，欠励磁时功率因数超前（容性），过励磁时功率因 数滞后（感性）。双馈发电机具有与同步发电机相似的无 功功率调节特性曲线（即“V”形曲线） 。 7 c、双馈发电机的特点 由于定子直接与电网连接，转子采用变频器供 电，因此，系统中的变频器容量仅取决于发电 机运行时的最大转差功率，一般发电机的最大 转差率为25%35%，因而变频器的最大容量仅 为发电机额定容量的1/41/3。这样，系统的总 体配置费用就比较低。 具有变速恒频的特性。 可以实现有功功率和无功功率的调节。 8 d、双馈发电机考核的关键点 1 工作特性工作特性 空载特性测定 负载特性测定（包括转子绕组短路状态下异步发电机的固 有特性和

5、转子绕组由双向逆变器供电状态下的调节特性） 效率计算和特性曲线绘制 2 温升考核温升考核 cos=1 cos=0.95 3 一般电机试验项目一般电机试验项目 绝缘介电性能、噪声、振动、超速、转动惯量等 9 4 其它其它 输出电能质量 由于电网本身质量的影响因素和发电机转子绕组所接双向 逆变器非正弦电源的影响因素不易排除，因此，对双馈发电机输出 电能的质量很难有个准确合理的界定，此项性能的考核方法还有待 商榷。 短路电抗测定 在这里，“短路”的概念指的是发电机的突然三相短路， “电抗”的概念指的是发电机在突然三相短路的瞬变状态下的超瞬 变电抗。这以往是在同步发电机中需要考虑的一种过渡过程，由于

6、在这一过程中，电流、转矩的变化较大，需要考虑与发电机相连的 电器与机械系统的承受能力，而双馈发电机的工作原理与同步发电 机有一定的相似性，因此，对双馈发电机进行短路电抗测定也开始 被提及。鉴于目前国际上对此还没有一个具体的测定方法，所以， 我们至今也没有看到一个具体测定的实例。如果参照同步发电机测 定短路电抗的方法，在试验条件和操作性方面，还有一些具体问题 需要解决。 因此，以上两项，目前只能作为研究项目，尚不能进行正 式的考核。 10 发电机类型：交流异步双馈发电机 极数：4 额定输出功率：1551kW 额定定子输出功率：1299kW 额定转子输出功率：252kW 定子额定电压：690V 转

7、子开路电压：1870V 额定转速：1750r/min 工作转速范围：10002016r/min 功率因数：0.950.95 效率：97% 定子接法： Y 转子接法：Y 11 发电机安装倾斜角：5 冷却方式：IC616（带空/空冷却器） 平衡等级：G2.5 绝缘等级：H 转动惯量：69kgm2 最大工作转速：2050r/min 最大转速：2400r/min 环境运行温度：3040 环境生存温度：4050 电机总重量：7t 12 13 发电机防护等级为IP54，发电机的集电环外壳防护等级为IP23。 发电机为双馈、绕线式异步发电机，双绝缘深沟球轴承卧式安 装结构（IMB3）。 电机内部装有3220

8、 W ，220 V，50 Hz加热器绑于定子绕 组端部。 集电环外壳内装有2180 W ，220 V，50 Hz加热器。 发电机内为轴-径向混合通风，上方装有空-空冷却器(IC616)。 冷却器风机为2个，每个2.2kW，三相交流400V，轴流式风机。 滑环冷却风机AC220V,320W离心式风机，对滑环进行通风、除 尘、冷却。 14 发电机为圆柱形无键单轴伸。 在定子绕组中安装有六个PT100测温元件（每相两个，一用一 备）对发电机定子绕组的温度进行监控；冷却器进出风口空气 装有PT100（共2个）。 发电机轴伸端与非轴伸端的轴承均为6330M/C3VL2071(SKF)； 发电机两端盖均装

9、有轴承测温元件WZP2M-201端面铂热电阻 双支Pt100（共2个），用以监控轴承温度，不得超过95。 两轴承外盖均装有机械加油装置和抽拉式的排油装置，预留了 定转子避雷器安装位置和自动加油孔； 从轴伸端看，定、转子出线盒装于电机右侧； 15 从轴伸端看，电机转向为顺时针； 发电机的底脚、机座上和出线盒内，具有接地端子，并有接地 符号标志。 转子滑环装于非轴伸轴承外端，刷架通过3M16的螺栓装于端 盖外侧，并带有二接地电刷，以防轴电流。 滑环小轴尾端装有编码器（莱纳-林德）用于速度信号的反馈。 16 1.发电机振动大 2.发电机噪声大 3.发电机过热 4.转子不能正常馈电 5.电机滑环温度过

10、高 6.轴承发热或不正常杂声 17 1、发电机振动大 故障现象:与原动机耦合不好；转子平衡不好；发电机系统振动 太大；旋转部分松动； 故障原因处理方法:a）重新耦合好。b）重校动平衡。c）调整 系统振动。d）检查转子，对症处理。 2、发电机噪声太大 故障现象：耦合不到位；轴承损坏；旋转部分松动；冷却器噪 声大； 故障原因处理方法：a）检查耦合情况，重新耦合。b）更换轴 承。c）检查，对症处理。d）检查风机或更换冷却器。 3、发电机过热 故障现象：轴承过热；通风故障；电机过载；系统振动过大； 冷却空气流量太小； 故障原因处理方法：a）检查轴承，对症处理。b）排除通风故 障。c）减小负载。d）对症

11、处理。e）检查冷却器工作情况。 18 4、转子不能正常馈电 故障现象:转子回路出现故障（包括转子变流器） 故障原因处理方法:检查电机和变流器的接地点 5、电机滑环温度过高 故障现象:电刷和滑环接触不良；滑环冷却不够； 故障原因处理方法: a）检查碳刷建膜情况，调整弹簧压力，改 善接触。b）检查轴流风扇工作是否正常。 6、轴承发热或不正常杂声 故障现象: a）润滑脂过多或不足；b）轴承损坏；c）发电机过 载运行d）润滑脂牌号不对；e）滑环风扇故障；f）发电机转速 过高。 故障原因处理方法: a）油脂过多时，电机应低速（约500rpm） 运行2hour左右。油脂不足，补充油脂 (一般油脂应为轴承室

12、内 部容积的1/22/3) 。b）更换轴承。c）降低负载。d）更换润 滑脂。e）更换轴流冷却风扇。f）降低转速。 19 1、经常性检查 2、定子绝缘电阻测量 3、轴承的维护与保养 4、滑环、碳刷的维护与保养 5、加热器的开启与关闭 6、电机控制参数的设定 7、检修 20 1、经常性检查： 经常检查发电机与原动机安装固定是否良好，运行是否有异 常响声，振动是否超标； 经常检查各可见紧固件和接线螺栓的螺母是否紧固，引出线 绝缘是否良好，外部电气连接是否可靠； 检查接地线。 2、定子绕组绝缘电阻测量 建议每半年至一年检查一次定子绕组绝缘电阻，如不符合国标 的规定，可按如下方法处理： 用加热器进行加热

13、。 用循环热空气吹； 分别将定子绕组通以25%额定电流的单相或直流电源加热； 用以上方法对定子绕组加热时，应使各定子绕组各部位不要超 过90,干燥过程应连续,直到绝缘电阻保持稳定，至少4 h。 21 3、 轴承的维护、保养及更换 发电机在电机制造厂加注了正确牌号和正确数量的润滑脂， 但发电机在风场安装并网前，每端轴承加注80g油脂。 发电机在风场每运行1000 h，每端轴承补充油脂150180g。 注意： u加注的油脂牌号应正确; u加油人员不得用手直接接触油脂，防止污染，水汽、灰尘等 杂质一旦进入轴承，对轴承的寿命影响很大。 u每次加油后，应将排油管中的废油排净。 当必须更换其它牌号油脂时，

14、应先拧下排油管，用加油枪将 润滑脂从轴承加油嘴加油，直至排油口完全挤出新油为止。低 速盘车，将轴承室内多余油脂挤出排油口。 22 当轴承发生故障需拆下分析故障原因时，必须特别小心，不 得因拆卸而造成损伤,以免与轴承原有的故障现象产生混淆而引 起误判，有故障的轴承拆下后不得进行清洗和其它处理，以利 于分析，判断故障原因。 当电机长期搁置不用时，应特别注意防止轴承腐蚀、失油和 静振，搁置期间最好定期将转子转动一下(防止静振应每周将转 子转动1/4周)。长期搁置起动前，应加入适量的润滑脂，将长 期搁置的油脂挤出，低速盘车，将轴承室内多余油脂挤出排油 口。 轴承故障常见的现象是：过热、噪声过大， 拆下

15、轴承盖后可 见润滑脂中混杂有从轴承上掉下的金属颗粒。此时, 轴承必须 更换。 4、 滑环的维护、保养及更换碳刷 滑环室及碳灰收集盒必须定期清理表面及周围的碳灰。约半 年进行一次清理。 碳刷设有自动磨损报警装置，另外巡检人员必须定期检查碳 刷及其恒压弹簧，以便及时更换碳刷，保证碳刷与滑环的接触 可靠。 碳刷的设计寿命为10个月，而更换时间因运行环境不同而不 同，约为67个月不等。 23 5、加热器的开启与关闭： 当发电机停机时间较长、环境湿度较大、环境温度较低时， 开启加热器。 绕组绝缘电阻低于国家标准（10M）时，需要开启电机内加 热器。 绝缘电阻符合国家标准值，方可正常启动电机。 当环境温度

16、低于10时，滑环加热器通电开启，电机运行 2hour后，滑环加热器可关闭。 建议每半年至一年检查一次加热器。 24 6、电机控制参数的设定 绕组温度超过40或轴承温度超过50，冷却器及滑环冷却 风机均应开启。 绕组温度设置150时报警，155停机。 排除故障后，绕组温度降低到排除故障后，绕组温度降低到8080可重新启动电机。可重新启动电机。 轴承温度设置90时报警95停机。 碳刷在线监控在正常情况下是闭合的，磨损到预计位置高度 后会断开。更换碳刷后，重新启动电机。 7、 检修 新机投运一年后必须进行全面检查；小修间隔一年，大修 间隔四年 25 1、保管 发电机允许存放在环境空气温度-1040、相