双馈风力发电机汇编

单位：哈达图风电场 2014年08月·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 Ø 1、双馈型风电机组的构成及原理 Ø 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。 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。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。 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。 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。 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 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 2 温升考核 cos=1 cos=±0.95 3 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 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。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3×220 W ，220 V，50 Hz加热器绑于定子绕组 端部。 集电环外壳内装有2×180 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。 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： Ø 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； Ø 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； Ø 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： ü 用加热器进行加热。 ü 用循环热空气吹； ü 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 ü 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。 ü 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。 22 ü 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。 ü 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 。 ü 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、 滑环的维护、保养及更换碳刷 ü 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。 ü 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。 ü 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： ü 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。 ü 绕组绝缘电阻低于国家标准（10M）时，需要开启电机内加 热