双馈异步发电机编码器支架改造探索与研究

【摘要】变速变桨距风力发电机组是当前我国大型风力发电机组的主流机型,其中发电机采用双馈异步发电机。本文论述了在运行维护过程中，针对发电机测速问题出现的故障现象，进行故障原因分析，通过分析找出存在的主要问题，针对存在的问题制定相应的控制、解决措施，以保证风机设备的稳定运行，进一步提高风机设备运行的可靠性，不断提高风机设备可利用率。【关键词】双馈

发电机编码器支架改造双馈风力发电机需要可靠稳定的速度信号就是通过编码器得到的，而双馈异步发电机的转轴端安装有集电环，但编码器不能直接安装在双馈风力发电机转轴上，需要通过发电机编码器支架以及联轴器将编码器安装在发电机集电环上。本文以某品牌1500kW风机为依托，以XXX公司投产风机XX发电机出现的发电机测速故障为抓手，针对发电机测速故障，采取防范及改进措施，保障风机设备的健康水平，不断提高风机运行可靠性及发电效能。1.基本情况概述1500kW风机是某公司生产的主流风机，该公司第一台1500kW风机共有五种机型，分别是1500/65、1500/70、1500/77、1500/82、1500/89型，虽然机型不同，但是控制策略是相同的，且都采用双馈异步发电机。2.双馈异步发电机结构及原理双馈异步发电机是一种绕线式感应发电机，双馈异步发电机的定子绕组直接与电网相连，转子绕组通过变频器与电网连接，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。双馈发电机通过控制转子励磁，使定子的输出频率保持在工频。当发电机的转速低于气隙旋转磁场的转速时，发电机处于亚同步速运行，为了保证发电机发出的频率与电网频率一致，需要变频器向发电机转子提供正相序励磁，给转子绕组输入一个其旋转磁场方向与转子机械方向相同的励磁电流，此时转子的制动转矩与转子的机械转向相反，转子的电流必须与转子的感应电动势反方向，转差率减小，定子向电网馈送电功率，而变频器向转子绕组输入功率。当发电机的转速高于气隙旋转磁场的转速时，发电机处于超同步运行状态，为了保证发电机发出的频率与电网频率一致，需要给转子绕组输入一个其旋转磁场方向与转子机械方向相反的励磁电流，此时变频器向发电机转子提供负相序励磁，以加大转差率，变频器从转子绕组吸收功率；当发电机的转速等于气隙旋转磁场的转速时，发电机处于同步速运行，变频器应向转子提供直流励磁。3.存在的主要问题使用某厂家早期生产的D225型双馈异步发电机的风机在低风速区间，风机常报“发电机欠速”故障，无法运行，影响发电量。4.故障产生的主要原因由于某厂家早期生产的D225型双馈异步发电机，配套使用的某厂家生产的GI356型小编码器，该型号的发电机编码器通过发电机编码器支架及联轴器安装至发电机集电环端部，运行稳定性差，测得的发电机转速信号易用受干扰。5.解决措施通过对现场风机运行数据的调取及同类型发电机的对比发现，后期某厂家生产的发电机已不再采用某厂家生产的GI356型小编码器，而是使用莱纳林德厂家的862209116-2500型大编码器，并且，例如永济、佳木斯、盾安等发电机厂家也是使用的莱纳林德厂家的大编码器，为此，将原GI356型小编码器升级成862209116-2500型大编码器，可解决现场的问题，但是因为编码器支架不同，无法支架更换。为此，需对编码器支架进行改造。6.发电机编码器支架改造方案双馈异步风力发电机编码器支架，包括固定底座1、支撑轴2及与用于安装编码器的安装轴3，安装轴3的顶部设有轴心孔5，编码器的轴芯插入安装轴3的轴心孔5内与安装轴3可拆卸固定安装。如图1和图2所示的双馈异步风力发电机编码器支架，可用于862209116-2500型大编码器与D225型集电环及刷架的连接。图1：双馈异步风力发电机编码器支架结构剖视图图2：新型双馈异步风力发电机编码器支架俯视图支架包括顺序连接的与集电环及刷架固定用的固定底座1、支撑轴2及安装轴3。安装底座1的底面（朝向集电环及刷架方向）设置有安装凸台4，顶面上设置有多个螺钉孔8，安装凸台4插入到集电环及刷架上的安装通孔后，再通过螺钉固定，使支架与集电环及刷架可拆卸固定，安装凸台4与安装通孔的配合起到安装限位的作用。在固定底座1上，还设置有多个风孔7，在本实施例中，风孔7采用正圆形，起到减重的作用，多个风孔7围绕固定底座1的圆心均衡设置，各风孔7的圆线在同一圆上。螺钉孔8同样在固定底座1上均衡设置，如图2所示，在本实施例中，共有三个风孔7，相邻两风孔7的圆心与固定底座1的圆心之间的夹角为120°，相邻两风孔7之间设置有一个螺钉孔8，螺钉孔8设置在各风孔7圆心所在圆与固定底座1外壁之间的区域内，确切说，是设置在安装凸台4外壁与固定底座1外壁之间的区域内。如图1所示，在本实施例中，支撑轴2的长度可为172mm，比常规的GI356型小编码器用支架的长度减少31mm，支撑轴2的顶部通过阶梯轴6与安装轴3的底部连接，用于与编码器的底部卡固。安装轴3的直径小于安装轴3的直径，同时，在本实施例中，安装轴3的截面为锥形面，即安装轴3为锥台结构，中心处设置轴心孔5，安装轴3底面与阶梯轴6通过斜面连接，安装轴3顶面直径与阶梯轴6的直径相同。使用时，安装轴3插入到编码器中心的通孔内，通过阶梯轴6进行限位固定，编码器的轴芯插入到轴心孔7