雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)

單位：哈達(dá)圖風(fēng)電場(chǎng)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(lì)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(shí)，通過(guò)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(shí)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(lì)磁電壓頻率。由上式可知，當(dāng)轉(zhuǎn)速nr發(fā)生變化時(shí)，若調(diào)節(jié)f2變化，可使f1保持恒定不變，實(shí)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(shí)，（即0＜S＜1）

f2取正號(hào)，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(lì)磁）超同步發(fā)電運(yùn)行

nr

＞n1時(shí)，（即S＞1）

f2取負(fù)號(hào)，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(shí)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流可以調(diào)節(jié)無(wú)功功率，控制功率因數(shù)。當(dāng)處于“欠勵(lì)狀態(tài)”時(shí)，定子電流Is超前于電網(wǎng)電壓Us，定子電流中有超前的無(wú)功分量，發(fā)電機(jī)的輸出中，有超前的無(wú)功功率；當(dāng)從某一欠勵(lì)磁狀態(tài)開始增加轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出的超前無(wú)功功率開始減少，從而定子電流中超前的無(wú)功分量也開始減少；達(dá)到正常勵(lì)磁時(shí)，無(wú)功功率變?yōu)榱?，定子?cè)電流中的無(wú)功分量也變?yōu)榱?，此時(shí)cosφ=1；如果此后繼續(xù)增加轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流，將進(jìn)入“過(guò)勵(lì)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(wú)功分量，發(fā)電機(jī)將輸出滯后性的無(wú)功功率，隨著轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的增加，定子電流中滯后的無(wú)功分量也增加。因此，欠勵(lì)磁時(shí)功率因數(shù)超前（容性），過(guò)勵(lì)磁時(shí)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(wú)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?jī)H取決于發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)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?jī)H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?？梢詫?shí)現(xiàn)有功功率和無(wú)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(cè)定負(fù)載特性測(cè)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(jì)算和特性曲線繪制2溫升考核cosΦ=1cosΦ=±0.953一般電機(jī)試驗(yàn)項(xiàng)目絕緣介電性能、噪聲、振動(dòng)、超速、轉(zhuǎn)動(dòng)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(duì)雙饋發(fā)電機(jī)輸出電能的質(zhì)量很難有個(gè)準(zhǔn)確合理的界定，此項(xiàng)性能的考核方法還有待商榷。短路電抗測(cè)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(guò)渡過(guò)程，由于在這一過(guò)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(duì)雙饋發(fā)電機(jī)進(jìn)行短路電抗測(cè)定也開始被提及。鑒于目前國(guó)際上對(duì)此還沒有一個(gè)具體的測(cè)定方法，所以，我們至今也沒有看到一個(gè)具體測(cè)定的實(shí)例。如果參照同步發(fā)電機(jī)測(cè)定短路電抗的方法，在試驗(yàn)條件和操作性方面，還有一些具體問(wèn)題需要解決。因此，以上兩項(xiàng)，目前只能作為研究項(xiàng)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(jí)：G2.5絕緣等級(jí)：H轉(zhuǎn)動(dòng)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(jí)為IP54，發(fā)電機(jī)的集電環(huán)外殼防護(hù)等級(jí)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(gè)，每個(gè)2.2kW，三相交流400V，軸流式風(fēng)機(jī)?；h(huán)冷卻風(fēng)機(jī)AC220V,320W離心式風(fēng)機(jī)，對(duì)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(wú)鍵單軸伸。在定子繞組中安裝有六個(gè)PT100測(cè)溫元件（每相兩個(gè)，一用一備）對(duì)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(gè)）。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(cè)溫元件WZP2M-201端面鉑熱電阻雙支Pt100（共2個(gè)），用以監(jiān)控軸承溫度，不得超過(guò)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(dòng)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?yàn)轫槙r(shí)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(hào)標(biāo)志。轉(zhuǎn)子滑環(huán)裝于非軸伸軸承外端，刷架通過(guò)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(hào)的反饋。16二、故障分析與處理方法發(fā)電機(jī)振動(dòng)大發(fā)電機(jī)噪聲大發(fā)電機(jī)過(guò)熱轉(zhuǎn)子不能正常饋電電機(jī)滑環(huán)溫度過(guò)高軸承發(fā)熱或不正常雜聲171、發(fā)電機(jī)振動(dòng)大故障現(xiàn)象:與原動(dòng)機(jī)耦合不好；轉(zhuǎn)子平衡不好；發(fā)電機(jī)系統(tǒng)振動(dòng)太大；旋轉(zhuǎn)部分松動(dòng)；故障原因處理方法:a）重新耦合好。b）重校動(dòng)平衡。c）調(diào)整系統(tǒng)振動(dòng)。d）檢查轉(zhuǎn)子，對(duì)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(dòng)；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(duì)癥處理。d）檢查風(fēng)機(jī)或更換冷卻器。3、發(fā)電機(jī)過(guò)熱故障現(xiàn)象：軸承過(guò)熱；通風(fēng)故障；電機(jī)過(guò)載；系統(tǒng)振動(dòng)過(guò)大；冷卻空氣流量太??；故障原因處理方法：a）檢查軸承，對(duì)癥處理。b）排除通風(fēng)故障。c）減小負(fù)載。d）對(duì)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(guò)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(rùn)滑脂過(guò)多或不足；b）軸承損壞；c）發(fā)電機(jī)過(guò)載運(yùn)行d）潤(rùn)滑脂牌號(hào)不對(duì)；e）滑環(huán)風(fēng)扇故障；f）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)高。故障原因處理方法:

a）油脂過(guò)多時(shí)，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(rùn)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(cè)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(dòng)機(jī)安裝固定是否良好，運(yùn)行是否有異常響聲，振動(dòng)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(cè)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(guó)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(duì)定子繞組加熱時(shí)，應(yīng)使各定子繞組各部位不要超過(guò)90℃,干燥過(guò)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(hào)和正確數(shù)量的潤(rùn)滑脂，但發(fā)電機(jī)在風(fēng)場(chǎng)安裝并網(wǎng)前，每端軸承加注80g油脂。發(fā)電機(jī)在風(fēng)場(chǎng)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(hào)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(duì)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(hào)油脂時(shí)，應(yīng)先擰下排油管，用加油槍將潤(rùn)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(shí)，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(zhǎng)期擱置不用時(shí)，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(dòng)一下(防止靜振應(yīng)每周將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)1/4周)。長(zhǎng)期擱置起動(dòng)前，應(yīng)加入適量的潤(rùn)滑脂，將長(zhǎng)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(guò)熱、噪聲過(guò)大，拆下軸承蓋后可見潤(rùn)滑脂中混雜有從軸承上掉下的金屬顆粒。此時(shí),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(dòng)磨損報(bào)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(shí)更換碳刷，保證碳刷與滑環(huán)的接觸可靠。碳刷的設(shè)計(jì)壽命為10個(gè)月，而更換時(shí)間因運(yùn)行環(huán)境不同而不同，約為6~7個(gè)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(shí)間較長(zhǎng)、環(huán)境濕度較大、環(huán)境溫度較低時(shí)，開啟加熱器。繞組絕緣電阻低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（10MΩ）時(shí)，需要開啟電機(jī)內(nèi)加熱器。絕緣電阻符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)值，方