双馈风力发电机国电培训 修改好

湘电集团有限公司尹曾锋1.5MW双馈风力发电机使用及维护2主要内容1.双馈风力发电机的结构及运行原理2.吊运、安装、调试、运行、拆卸和装配3.故障分析和处理方法4.维护保养5.保管31.双馈风力发电机的结构及运行原理1.1双馈型风电机组的构成及原理1.2双馈风力发电机的结构1.3双馈风力发电机的等效电路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。双馈发电机的定子绕组接工频电网，转子绕组由具有可调节频率、相位、幅值和相序的三相电源励磁，采用双向可逆专用变频器。双馈发电机可以在不同的风速下运行，其转速可以随风速的变化做相应调整，使风力机的运行始终处于最佳状态，提高了风能的利用率。同时，通过控制馈入转子绕组的电流参数，不仅可以保持定子输出的电压和频率不变，还可以调节输入到电网的功率因数，提高系统的稳定性。图1变速恒频双馈风电机组的系统原理图。1.1双馈型风电机组构成及原理5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）×nr±f2式中：f1为定子电压频率；p为电机的极数；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。1.1双馈型风电机组构成及原理61.1.1亚同步发电运行

nr

＜n1时，（即0＜S＜1）

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）1.1.2超同步发电运行

nr

＞n1时，（即S＞1）

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。1.1双馈型风电机组构成及原理7当双馈发电机输出的有功功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cosφ=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。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）。1.1双馈型风电机组构成及原理81.1.3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1/4~1/3。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。1.1双馈型风电机组构成及原理91.1.4双馈发电机考核的关键点A.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B.温升考核cosΦ=1cosΦ=±0.95C.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

1.1双馈型风电机组构成及原理10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。1.1双馈型风电机组构成及原理其它短路电抗测定

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。1.1双馈型风电机组构成及原理121.2双馈风力发电机的结构131.2.1电磁数据发电机类型：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转子开路电压：1870V转子开路电压：1870V额定转速：1750r/min工作转速范围：1000~2016r/min功率因数：＋0.95~－0.95定子效率：97%接法：Y转子接法：Y1.2双馈风力发电机的结构141.2.2结构特点发电机安装倾斜角：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：－30℃~＋40℃环境生存温度：－40℃~＋50℃电机总重量：7t1.2双馈风力发电机的结构151.2.2结构特点发电机防护等级为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3×220W，～220V，50Hz加热器绑于定子绕组端部。集电环外壳内装有2×180W，～220V，50Hz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。

1.2双馈风力发电机的结构161.2.2结构特点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)；轴承润滑脂牌号:MobilithSHC100发电机两端盖均装有轴承测温元件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；1.2双馈风力发电机的结构171.2.2结构特点从轴伸端看，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3×M16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。1.2双馈风力发电机的结构18图2等效电路1.3双馈风力发电机的等致电路192.吊运、安装、调试、运行、拆卸和装配2.1随机备品及附件2.2吊运、安装、调试及运行2.3拆卸和装配20产品使用维护说明书一份。产品合格证书一份。绕组及测温元件接线布置图一份。2.2吊运、安装、调试及运行2.2.1吊运A.利用电机两端板的四个吊攀孔可吊运电机。B.吊运电机时，应防止磕碰，有掉漆情况应及时补刷漆，防止电机生锈。2.1随机备品及附件21

2.2.2安装---安装前的检查A.检查电气连接是否符合接线图，连接是否可靠；B.用1000V兆欧表测量发电机定转子绕组对机壳的冷态绝缘电阻，定子不应低于10MΩ，转子不低于30MΩ。注意：测量时由于电容影响，兆欧表缓慢上升，直至充电完毕时，读数才能稳定；电容充电后应用导线使其放电。C.检查发电机转子转动不应有卡死现象和异常响声；D.检查发电机紧固件是否松动；2.2吊运、安装、调试及运行22

2.2.2安装发电机与原动机耦合应该为弹性联接，其同轴度不应超过0.1mm，安装后发电机应该经接地螺栓可靠接地。利用机座的四个底脚孔安装电机。接地检查检查发电机机座底脚上的接地螺栓与接地线连接是否可靠。接地面是否被污染，如有异常现象需清理被污染的接触面，重新固紧接地螺栓。2.2.3调试及运行---调试前的检查A.在起动发电机前，应该检查发电机输出端各相对地和各相间是否可靠绝缘，起动发电机后严禁触及发电机各相输出端的接线螺栓或引出线接头，以免人身和设备事故发生；2.2吊运、安装、调试及运行23

2.2.3调试及运行---调试前的检查B.检查各紧固件是否牢靠；C.检查电机转动是否灵活，原动机与发电机的转向是否一致,电机空转时应平稳、轻快、无异常噪声；2.2.3调试及运行---调试经检查确认正常方可起动，发电机达到额定转速后，并可根据需要加负载运行，在第一次加负载时，应该使发电机功率由小到大逐渐增加到不超过额定功率。注意：双馈风力发电机严禁全压启动。2.2吊运、安装、调试及运行24

2.2.3调试及运行---运行A.发电机在额定工况运行时，定、转子绕组温升、两轴承温度、满足表2的要求。

电机部分测量方法温升限值（K）定子绕组电阻法100转子绕组电阻法90前/后轴承传感器法552.2吊运、安装、调试及运行表2B.应该及时填写发电机的运行记录。C.环境空气温度较低、空气湿度较大时，要对电机进行加热去潮，防止凝露且保证轴承油脂不发硬，不至于影响电机的正常运行。25

2.2.3调试及运行---运行D.发电机在空载及刚带负荷运行时，电机轴承可能有异响，但加负载运行一段时间后，异响消失，此情况是由于轴承运行温度升高，轴承油膜建立，滚珠润滑均匀，属于正常现象，不影响电机使用。2.2.4拆卸和装配A.为确保人身设备安全，严禁自行拆装本发电机，必须由经培训的相关专业人员进行。B.为方便装配和不破坏整个电机的平衡，拆卸后，各零、部件间的配合处应作相应的定位标记，重装时，这些标记应相互对准。C.环、轴承拆卸和装配时，分别需要特制的拉具、压具拉、压其内圈，拆卸后，轴伸、轴承内、外圈及其配合面应加适当保护。2.2吊运、安装、调试及运行263.故障分析和处理方法3.1发电机振动大3.2发电机噪声大3.3发电机过热3.4转子不能正常馈电3.5电机滑环温度过高3.6轴承发热或不正常杂声273.1发电机振动大3.1.1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；3.1.2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。3.2发电机噪声太大3.2.1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；3.2.2故障原因处理方法：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.故障分析和处理方法3.3发电机过热3.3.1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；3.3.2故障原因处理方法：检查轴承，对症处理。B.排除通风故障。C.减小负载。D.对症处理。E.检查冷却器工作情况。3.4转子不能正常馈电3.4.1故障现象:转子回路出现故障（包括转子变流器）3.4.2故障原因处理方法:检查电机和变流器的接地点3.故障分析和处理方法293.5电机滑环温度过高3.5.1故障现象:电刷和滑环接触不良；滑环冷却不够；3.5.2故障原因处理方法: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。3.故障分析和处理方法3.6轴承发热或不正常杂声3.6.1故障现象: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。3.6.2故障原因处理方法: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内部容积的1/2～2/3)

。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。3.故障分析和处理方法314.维护与保养4.1经常性检查4.2定子绝缘电阻测量4.3轴承的维护与保养4.4滑环、碳刷的维护与保养4.5加热器的开启与关闭4.6电机控制参数的设定4.7检修324.1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。4.维护与保养4.2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。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4h。

4.维护与保养344.3轴承的维护、保养及更换4.3.1

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。国电：在无自动加油泵的情况下，加油枪人工注油。发电机在风场每运行1000h，每端轴承补充油脂150～180g。注意:a.加注的油脂牌号应正确，MobilithSHC100;

b.

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。

c.

每次加油后，应将排油管中的废油排净。4.维护与保养4.3.2当必须更换其它牌号油脂时，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。4.3.3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。4.3.4

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。4.3.5轴承故障常见的现象是：过热、噪声过大，拆下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。4.3轴承的维护、保养及更换364.4.1

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。4.4.2

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。4.4.3

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6~7个月不等。4.4滑环的维护、保养及更换碳刷4.5.1

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。4.5.2绕组绝缘电阻低于国家标准（10MΩ）时，需要开启电机内加热器。绝缘电阻符合国家标准值，