雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)

單位：哈達(dá)圖風(fēng)電場2014年08月·張朕瑋1.5MW雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)使用及維護(hù)2

一、雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)及運(yùn)行原理二、故障分析和處理方法

三、維護(hù)保養(yǎng)

四、保管及使用期限

主要內(nèi)容3一、雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)及運(yùn)行原理1、雙饋型風(fēng)電機(jī)組的構(gòu)成及原理2、雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)41、雙饋型風(fēng)電機(jī)組構(gòu)成及原理

該系統(tǒng)由雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)(DFWG)、變流器、變壓器、風(fēng)機(jī)、濾波器等部分組成。其中，DFWG的定子和電網(wǎng)采用硬耦合，DFWG的轉(zhuǎn)子經(jīng)變頻器再與電網(wǎng)相連。雙饋發(fā)電機(jī)的定子繞組接工頻電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子繞組由具有可調(diào)節(jié)頻率、相位、幅值和相序的三相電源勵磁，采用雙向可逆專用變頻器。雙饋發(fā)電機(jī)可以在不同的風(fēng)速下運(yùn)行，其轉(zhuǎn)速可以隨風(fēng)速的變化做相應(yīng)調(diào)整，使風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行始終處于最佳狀態(tài)，提高了風(fēng)能的利用率。同時，通過控制饋入轉(zhuǎn)子繞組的電流參數(shù)，不僅可以保持定子輸出的電壓和頻率不變，還可以調(diào)節(jié)輸入到電網(wǎng)的功率因數(shù)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。圖1變速恒頻雙饋風(fēng)電機(jī)組的系統(tǒng)原理圖。

變速恒頻雙饋發(fā)電機(jī)運(yùn)行時電機(jī)轉(zhuǎn)速與定、轉(zhuǎn)子繞組電壓頻率關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式：

f1=（p/120）×nr±f2

式中：f1為定子電壓頻率；

p為電機(jī)的極數(shù)；

nr為雙饋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速；

f2為轉(zhuǎn)子勵磁電壓頻率。由上式可知，當(dāng)轉(zhuǎn)速nr發(fā)生變化時，若調(diào)節(jié)f2變化，可使f1保持恒定不變，實現(xiàn)雙饋發(fā)電機(jī)的變速恒頻控制。51、雙饋型風(fēng)電機(jī)組構(gòu)成及原理61、雙饋型風(fēng)電機(jī)組構(gòu)成及原理亞同步發(fā)電運(yùn)行

nr

＜n1時，（即0＜S＜1）

f2取正號，如果忽略各種損耗，則發(fā)電機(jī)的能量關(guān)系為：

P電磁=P機(jī)械+P轉(zhuǎn)差

P上網(wǎng)=P電磁（定子饋電，轉(zhuǎn)子由變頻器提供勵磁）超同步發(fā)電運(yùn)行

nr

＞n1時，（即S＞1）

f2取負(fù)號，如果忽略各種損耗，則發(fā)電機(jī)的能量關(guān)系為：

P機(jī)械=P轉(zhuǎn)差+P電磁

P上網(wǎng)=P轉(zhuǎn)差+P電磁

（定子饋電+轉(zhuǎn)子饋電）注：n1為發(fā)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。當(dāng)雙饋發(fā)電機(jī)輸出的有功功率和轉(zhuǎn)速保持恒定時，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁電流可以調(diào)節(jié)無功功率，控制功率因數(shù)。當(dāng)處于“欠勵狀態(tài)”時，定子電流Is超前于電網(wǎng)電壓Us，定子電流中有超前的無功分量，發(fā)電機(jī)的輸出中，有超前的無功功率；當(dāng)從某一欠勵磁狀態(tài)開始增加轉(zhuǎn)子勵磁電流時，發(fā)電機(jī)輸出的超前無功功率開始減少，從而定子電流中超前的無功分量也開始減少；達(dá)到正常勵磁時，無功功率變?yōu)榱悖ㄗ觽?cè)電流中的無功分量也變?yōu)榱?，此時cosφ=1；如果此后繼續(xù)增加轉(zhuǎn)子勵磁電流，將進(jìn)入“過勵狀態(tài)”，定子電流Is滯后于電網(wǎng)電壓Us，定子電流中有滯后的無功分量，發(fā)電機(jī)將輸出滯后性的無功功率，隨著轉(zhuǎn)子勵磁電流的增加，定子電流中滯后的無功分量也增加。因此，欠勵磁時功率因數(shù)超前（容性），過勵磁時功率因數(shù)滯后（感性）。雙饋發(fā)電機(jī)具有與同步發(fā)電機(jī)相似的無功功率調(diào)節(jié)特性曲線（即“V”形曲線）。71、雙饋型風(fēng)電機(jī)組構(gòu)成及原理c、雙饋發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)由于定子直接與電網(wǎng)連接，轉(zhuǎn)子采用變頻器供電，因此，系統(tǒng)中的變頻器容量僅取決于發(fā)電機(jī)運(yùn)行時的最大轉(zhuǎn)差功率，一般發(fā)電機(jī)的最大轉(zhuǎn)差率為25%~35%，因而變頻器的最大容量僅為發(fā)電機(jī)額定容量的1/4~1/3。這樣，系統(tǒng)的總體配置費(fèi)用就比較低。具有變速恒頻的特性。可以實現(xiàn)有功功率和無功功率的調(diào)節(jié)。81、雙饋型風(fēng)電機(jī)組構(gòu)成及原理d、雙饋發(fā)電機(jī)考核的關(guān)鍵點(diǎn)1工作特性空載特性測定負(fù)載特性測定（包括轉(zhuǎn)子繞組短路狀態(tài)下異步發(fā)電機(jī)的固有特性和轉(zhuǎn)子繞組由雙向逆變器供電狀態(tài)下的調(diào)節(jié)特性）效率計算和特性曲線繪制2溫升考核cosΦ=1cosΦ=±0.953一般電機(jī)試驗項目絕緣介電性能、噪聲、振動、超速、轉(zhuǎn)動慣量等

91、雙饋型風(fēng)電機(jī)組構(gòu)成及原理4其它輸出電能質(zhì)量由于電網(wǎng)本身質(zhì)量的影響因素和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組所接雙向逆變器非正弦電源的影響因素不易排除，因此，對雙饋發(fā)電機(jī)輸出電能的質(zhì)量很難有個準(zhǔn)確合理的界定，此項性能的考核方法還有待商榷。短路電抗測定在這里，“短路”的概念指的是發(fā)電機(jī)的突然三相短路，“電抗”的概念指的是發(fā)電機(jī)在突然三相短路的瞬變狀態(tài)下的超瞬變電抗。這以往是在同步發(fā)電機(jī)中需要考慮的一種過渡過程，由于在這一過程中，電流、轉(zhuǎn)矩的變化較大，需要考慮與發(fā)電機(jī)相連的電器與機(jī)械系統(tǒng)的承受能力，而雙饋發(fā)電機(jī)的工作原理與同步發(fā)電機(jī)有一定的相似性，因此，對雙饋發(fā)電機(jī)進(jìn)行短路電抗測定也開始被提及。鑒于目前國際上對此還沒有一個具體的測定方法，所以，我們至今也沒有看到一個具體測定的實例。如果參照同步發(fā)電機(jī)測定短路電抗的方法，在試驗條件和操作性方面，還有一些具體問題需要解決。因此，以上兩項，目前只能作為研究項目，尚不能進(jìn)行正式的考核。101、雙饋型風(fēng)電機(jī)組構(gòu)成及原理發(fā)電機(jī)類型：交流異步雙饋發(fā)電機(jī)極數(shù)：4額定輸出功率：1551kW額定定子輸出功率：1299kW額定轉(zhuǎn)子輸出功率：252kW定子額定電壓：690V轉(zhuǎn)子開路電壓：1870V額定轉(zhuǎn)速：1750r/min工作轉(zhuǎn)速范圍：1000~2016r/min功率因數(shù)：＋0.95~－0.95效率：97%定子接法：Y轉(zhuǎn)子接法：Y11電磁數(shù)據(jù)發(fā)電機(jī)安裝傾斜角：5°冷卻方式：IC616（帶空/空冷卻器）平衡等級：G2.5絕緣等級：H轉(zhuǎn)動慣量：69kgm2最大工作轉(zhuǎn)速：2050r/min最大轉(zhuǎn)速：2400r/min環(huán)境運(yùn)行溫度：－30℃~＋40℃環(huán)境生存溫度：－40℃~＋50℃電機(jī)總重量：7t12結(jié)構(gòu)特點(diǎn)13結(jié)構(gòu)特點(diǎn)發(fā)電機(jī)防護(hù)等級為IP54，發(fā)電機(jī)的集電環(huán)外殼防護(hù)等級為IP23。發(fā)電機(jī)為雙饋、繞線式異步發(fā)電機(jī)，雙絕緣深溝球軸承臥式安裝結(jié)構(gòu)（IMB3）。電機(jī)內(nèi)部裝有3×220W，～220V，50Hz加熱器綁于定子繞組端部。集電環(huán)外殼內(nèi)裝有2×180W，～220V，50Hz加熱器。發(fā)電機(jī)內(nèi)為軸-徑向混合通風(fēng)，上方裝有空-空冷卻器(IC616)。冷卻器風(fēng)機(jī)為2個，每個2.2kW，三相交流400V，軸流式風(fēng)機(jī)。滑環(huán)冷卻風(fēng)機(jī)AC220V,320W離心式風(fēng)機(jī)，對滑環(huán)進(jìn)行通風(fēng)、除塵、冷卻。

14結(jié)構(gòu)特點(diǎn)發(fā)電機(jī)為圓柱形無鍵單軸伸。在定子繞組中安裝有六個PT100測溫元件（每相兩個，一用一備）對發(fā)電機(jī)定子繞組的溫度進(jìn)行監(jiān)控；冷卻器進(jìn)出風(fēng)口空氣裝有PT100（共2個）。發(fā)電機(jī)軸伸端與非軸伸端的軸承均為6330M/C3VL2071(SKF)；發(fā)電機(jī)兩端蓋均裝有軸承測溫元件WZP2M-201端面鉑熱電阻雙支Pt100（共2個），用以監(jiān)控軸承溫度，不得超過95℃。兩軸承外蓋均裝有機(jī)械加油裝置和抽拉式的排油裝置，預(yù)留了定轉(zhuǎn)子避雷器安裝位置和自動加油孔；從軸伸端看，定、轉(zhuǎn)子出線盒裝于電機(jī)右側(cè)；15結(jié)構(gòu)特點(diǎn)從軸伸端看，電機(jī)轉(zhuǎn)向為順時針；發(fā)電機(jī)的底腳、機(jī)座上和出線盒內(nèi)，具有接地端子，并有接地符號標(biāo)志。轉(zhuǎn)子滑環(huán)裝于非軸伸軸承外端，刷架通過3×M16的螺栓裝于端蓋外側(cè)，并帶有二接地電刷，以防軸電流?；h(huán)小軸尾端裝有編碼器（萊納-林德）用于速度信號的反饋。16二、故障分析與處理方法發(fā)電機(jī)振動大發(fā)電機(jī)噪聲大發(fā)電機(jī)過熱轉(zhuǎn)子不能正常饋電電機(jī)滑環(huán)溫度過高軸承發(fā)熱或不正常雜聲171、發(fā)電機(jī)振動大故障現(xiàn)象:與原動機(jī)耦合不好；轉(zhuǎn)子平衡不好；發(fā)電機(jī)系統(tǒng)振動太大；旋轉(zhuǎn)部分松動；故障原因處理方法:a）重新耦合好。b）重校動平衡。c）調(diào)整系統(tǒng)振動。d）檢查轉(zhuǎn)子，對癥處理。2、發(fā)電機(jī)噪聲太大故障現(xiàn)象：耦合不到位；軸承損壞；旋轉(zhuǎn)部分松動；冷卻器噪聲大；故障原因處理方法：a）檢查耦合情況，重新耦合。b）更換軸承。c）檢查，對癥處理。d）檢查風(fēng)機(jī)或更換冷卻器。3、發(fā)電機(jī)過熱故障現(xiàn)象：軸承過熱；通風(fēng)故障；電機(jī)過載；系統(tǒng)振動過大；冷卻空氣流量太??；故障原因處理方法：a）檢查軸承，對癥處理。b）排除通風(fēng)故障。c）減小負(fù)載。d）對癥處理。e）檢查冷卻器工作情況。故障分析與處理方法184、轉(zhuǎn)子不能正常饋電故障現(xiàn)象:轉(zhuǎn)子回路出現(xiàn)故障（包括轉(zhuǎn)子變流器）故障原因處理方法:檢查電機(jī)和變流器的接地點(diǎn)5、電機(jī)滑環(huán)溫度過高故障現(xiàn)象:電刷和滑環(huán)接觸不良；滑環(huán)冷卻不夠；故障原因處理方法:

a）檢查碳刷建膜情況，調(diào)整彈簧壓力，改善接觸。b）檢查軸流風(fēng)扇工作是否正常。6、軸承發(fā)熱或不正常雜聲故障現(xiàn)象:

a）潤滑脂過多或不足；b）軸承損壞；c）發(fā)電機(jī)過載運(yùn)行d）潤滑脂牌號不對；e）滑環(huán)風(fēng)扇故障；f）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速過高。故障原因處理方法:

a）油脂過多時，電機(jī)應(yīng)低速（約500rpm）運(yùn)行2hour左右。油脂不足，補(bǔ)充油脂(一般油脂應(yīng)為軸承室內(nèi)部容積的1/2～2/3)

。b）更換軸承。c）降低負(fù)載。d）更換潤滑脂。e）更換軸流冷卻風(fēng)扇。f）降低轉(zhuǎn)速。故障分析與處理方法19三、維護(hù)與保養(yǎng)1、經(jīng)常性檢查2、定子絕緣電阻測量3、軸承的維護(hù)與保養(yǎng)4、滑環(huán)、碳刷的維護(hù)與保養(yǎng)5、加熱器的開啟與關(guān)閉6、電機(jī)控制參數(shù)的設(shè)定7、檢修201、經(jīng)常性檢查：經(jīng)常檢查發(fā)電機(jī)與原動機(jī)安裝固定是否良好，運(yùn)行是否有異常響聲，振動是否超標(biāo)；經(jīng)常檢查各可見緊固件和接線螺栓的螺母是否緊固，引出線絕緣是否良好，外部電氣連接是否可靠；檢查接地線。2、定子繞組絕緣電阻測量建議每半年至一年檢查一次定子繞組絕緣電阻，如不符合國標(biāo)的規(guī)定，可按如下方法處理：用加熱器進(jìn)行加熱。用循環(huán)熱空氣吹；分別將定子繞組通以25%額定電流的單相或直流電源加熱；用以上方法對定子繞組加熱時，應(yīng)使各定子繞組各部位不要超過90℃,干燥過程應(yīng)連續(xù),直到絕緣電阻保持穩(wěn)定，至少4h。

維護(hù)與保養(yǎng)213、軸承的維護(hù)、保養(yǎng)及更換發(fā)電機(jī)在電機(jī)制造廠加注了正確牌號和正確數(shù)量的潤滑脂，但發(fā)電機(jī)在風(fēng)場安裝并網(wǎng)前，每端軸承加注80g油脂。發(fā)電機(jī)在風(fēng)場每運(yùn)行1000h，每端軸承補(bǔ)充油脂150～180g。注意：加注的油脂牌號應(yīng)正確;加油人員不得用手直接接觸油脂，防止污染，水汽、灰塵等雜質(zhì)一旦進(jìn)入軸承，對軸承的壽命影響很大。每次加油后，應(yīng)將排油管中的廢油排凈。當(dāng)必須更換其它牌號油脂時，應(yīng)先擰下排油管，用加油槍將潤滑脂從軸承加油嘴加油，直至排油口完全擠出新油為止。低速盤車，將軸承室內(nèi)多余油脂擠出排油口。維護(hù)與保養(yǎng)22當(dāng)軸承發(fā)生故障需拆下分析故障原因時，必須特別小心，不得因拆卸而造成損傷,以免與軸承原有的故障現(xiàn)象產(chǎn)生混淆而引起誤判，有故障的軸承拆下后不得進(jìn)行清洗和其它處理，以利于分析，判斷故障原因。當(dāng)電機(jī)長期擱置不用時，應(yīng)特別注意防止軸承腐蝕、失油和靜振，擱置期間最好定期將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一下(防止靜振應(yīng)每周將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動1/4周)。長期擱置起動前，應(yīng)加入適量的潤滑脂，將長期擱置的油脂擠出，低速盤車，將軸承室內(nèi)多余油脂擠出排油口。軸承故障常見的現(xiàn)象是：過熱、噪聲過大，拆下軸承蓋后可見潤滑脂中混雜有從軸承上掉下的金屬顆粒。此時,軸承必須更換。4、滑環(huán)的維護(hù)、保養(yǎng)及更換碳刷滑環(huán)室及碳灰收集盒必須定期清理表面及周圍的碳灰。約半年進(jìn)行一次清理。碳刷設(shè)有自動磨損報警裝置，另外巡檢人員必須定期檢查碳刷及其恒壓彈簧，以便及時更換碳刷，保證碳刷與滑環(huán)的接觸可靠。碳刷的設(shè)計壽命為10個月，而更換時間因運(yùn)行環(huán)境不同而不同，約為6~7個月不等。維護(hù)與保養(yǎng)235、加熱器的開啟與關(guān)閉：當(dāng)發(fā)電機(jī)停機(jī)時間較長、環(huán)境濕度較大、環(huán)境溫度較低時，開啟加熱器。繞組絕緣電阻低于國家標(biāo)準(zhǔn)（10MΩ）時，需要開啟電機(jī)內(nèi)加熱器。絕緣電阻符合國家標(biāo)準(zhǔn)值，方