單位：哈達圖風電場2014年08月·張朕瑋1.5MW雙饋風力發電機使用及維護2

一、雙饋風力發電機的結構及運行原理二、故障分析和處理方法

三、維護保養

四、保管及使用期限

主要內容3一、雙饋風力發電機的結構及運行原理1、雙饋型風電機組的構成及原理2、雙饋風力發電機的結構41、雙饋型風電機組構成及原理

該系統由雙饋風力發電機(DFWG)、變流器、變壓器、風機、濾波器等部分組成。其中，DFWG的定子和電網采用硬耦合，DFWG的轉子經變頻器再與電網相連。雙饋發電機的定子繞組接工頻電網，轉子繞組由具有可調節頻率、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。雙饋發電機可以在不同的風速下運行，其轉速可以隨風速的變化做相應調整，使風力機的運行始終處于最佳狀態，提高了風能的利用率。同時，通過控制饋入轉子繞組的電流參數，不僅可以保持定子輸出的電壓和頻率不變，還可以調節輸入到電網的功率因數，提高系統的穩定性。圖1變速恒頻雙饋風電機組的系統原理圖。

變速恒頻雙饋發電機運行時電機轉速與定、轉子繞組電壓頻率關系的數學表達式：

f1=（p/120）×nr±f2

式中：f1為定子電壓頻率；

p為電機的極數；

nr為雙饋發電機的轉速；

f2為轉子勵磁電壓頻率。由上式可知，當轉速nr發生變化時，若調節f2變化，可使f1保持恒定不變，實現雙饋發電機的變速恒頻控制。51、雙饋型風電機組構成及原理61、雙饋型風電機組構成及原理亞同步發電運行

nr

＜n1時，（即0＜S＜1）

f2取正號，如果忽略各種損耗，則發電機的能量關系為：

P電磁=P機械+P轉差

P上網=P電磁（定子饋電，轉子由變頻器提供勵磁）超同步發電運行

nr

＞n1時，（即S＞1）

f2取負號，如果忽略各種損耗，則發電機的能量關系為：

P機械=P轉差+P電磁

P上網=P轉差+P電磁

（定子饋電+轉子饋電）注：n1為發電機的同步轉速。當雙饋發電機輸出的有功功率和轉速保持恒定時，調節轉子勵磁電流可以調節無功功率，控制功率因數。當處于“欠勵狀態”時，定子電流Is超前于電網電壓Us，定子電流中有超前的無功分量，發電機的輸出中，有超前的無功功率；當從某一欠勵磁狀態開始增加轉子勵磁電流時，發電機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；達到正常勵磁時，無功功率變為零，定子側電流中的無功分量也變為零，此時cosφ=1；如果此后繼續增加轉子勵磁電流，將進入“過勵狀態”，定子電流Is滯后于電網電壓Us，定子電流中有滯后的無功分量，發電機將輸出滯后性的無功功率，隨著轉子勵磁電流的增加，定子電流中滯后的無功分量也增加。因此，欠勵磁時功率因數超前（容性），過勵磁時功率因數滯后（感性）。雙饋發電機具有與同步發電機相似的無功功率調節特性曲線（即“V”形曲線）。71、雙饋型風電機組構成及原理c、雙饋發電機的特點由于定子直接與電網連接，轉子采用變頻器供電，因此，系統中的變頻器容量僅取決于發電機運行時的最大轉差功率，一般發電機的最大轉差率為25%~35%，因而變頻器的最大容量僅為發電機額定容量的1/4~1/3。這樣，系統的總體配置費用就比較低。具有變速恒頻的特性。可以實現有功功率和無功功率的調節。81、雙饋型風電機組構成及原理d、雙饋發電機考核的關鍵點1工作特性空載特性測定負載特性測定（包括轉子繞組短路狀態下異步發電機的固有特性和轉子繞組由雙向逆變器供電狀態下的調節特性）效率計算和特性曲線繪制2溫升考核cosΦ=1cosΦ=±0.953一般電機試驗項目絕緣介電性能、噪聲、振動、超速、轉動慣量等

91、雙饋型風電機組構成及原理4其它輸出電能質量由于電網本身質量的影響因素和發電機轉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，對雙饋發電機輸出電能的質量很難有個準確合理的界定，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”的概念指的是發電機的突然三相短路，“電抗”的概念指的是發電機在突然三相短路的瞬變狀態下的超瞬變電抗。這以往是在同步發電機中需要考慮的一種過渡過程，由于在這一過程中，電流、轉矩的變化較大，需要考慮與發電機相連的電器與機械系統的承受能力，而雙饋發電機的工作原理與同步發電機有一定的相似性，因此，對雙饋發電機進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。如果參照同步發電機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，尚不能進行正式的考核。101、雙饋型風電機組構成及原理發電機類型：交流異步雙饋發電機極數：4額定輸出功率：1551kW額定定子輸出功率：1299kW額定轉子輸出功率：252kW定子額定電壓：690V轉子開路電壓：1870V額定轉速：1750r/min工作轉速范圍：1000~2016r/min功率因數：＋0.95~－0.95效率：97%定子接法：Y轉子接法：Y11電磁數據發電機安裝傾斜角：5°冷卻方式：IC616（帶空/空冷卻器）平衡等級：G2.5絕緣等級：H轉動慣量：69kgm2最大工作轉速：2050r/min最大轉速：2400r/min環境運行溫度：－30℃~＋40℃環境生存溫度：－40℃~＋50℃電機總重量：7t12結構特點13結構特點發電機防護等級為IP54，發電機的集電環外殼防護等級為IP23。發電機為雙饋、繞線式異步發電機，雙絕緣深溝球軸承臥式安裝結構（IMB3）。電機內部裝有3×220W，～220V，50Hz加熱器綁于定子繞組端部。集電環外殼內裝有2×180W，～220V，50Hz加熱器。發電機內為軸-徑向混合通風，上方裝有空-空冷卻器(IC616)。冷卻器風機為2個，每個2.2kW，三相交流400V，軸流式風機。滑環冷卻風機AC220V,320W離心式風機，對滑環進行通風、除塵、冷卻。

14結構特點發電機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）對發電機定子繞組的溫度進行監控；冷卻器進出風口空氣裝有PT100（共2個）。發電機軸伸端與非軸伸端的軸承均為6330M/C3VL2071(SKF)；發電機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），用以監控軸承溫度，不得超過95℃。兩軸承外蓋均裝有機械加油裝置和抽拉式的排油裝置，預留了定轉子避雷器安裝位置和自動加油孔；從軸伸端看，定、轉子出線盒裝于電機右側；15結構特點從軸伸端看，電機轉向為順時針；發電機的底腳、機座上和出線盒內，具有接地端子，并有接地符號標志。轉子滑環裝于非軸伸軸承外端，刷架通過3×M16的螺栓裝于端蓋外側，并帶有二接地電刷，以防軸電流。滑環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電機振動大發電機噪聲大發電機過熱轉子不能正常饋電電機滑環溫度過高軸承發熱或不正常雜聲171、發電機振動大故障現象:與原動機耦合不好；轉子平衡不好；發電機系統振動太大；旋轉部分松動；故障原因處理方法:a）重新耦合好。b）重校動平衡。c）調整系統振動。d）檢查轉子，對癥處理。2、發電機噪聲太大故障現象：耦合不到位；軸承損壞；旋轉部分松動；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）檢查風機或更換冷卻器。3、發電機過熱故障現象：軸承過熱；通風故障；電機過載；系統振動過大；冷卻空氣流量太小；故障原因處理方法：a）檢查軸承，對癥處理。b）排除通風故障。c）減小負載。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、轉子不能正常饋電故障現象:轉子回路出現故障（包括轉子變流器）故障原因處理方法:檢查電機和變流器的接地點5、電機滑環溫度過高故障現象:電刷和滑環接觸不良；滑環冷卻不夠；故障原因處理方法:

a）檢查碳刷建膜情況，調整彈簧壓力，改善接觸。b）檢查軸流風扇工作是否正常。6、軸承發熱或不正常雜聲故障現象:

a）潤滑脂過多或不足；b）軸承損壞；c）發電機過載運行d）潤滑脂牌號不對；e）滑環風扇故障；f）發電機轉速過高。故障原因處理方法:

a）油脂過多時，電機應低速（約500rpm）運行2hour左右。油脂不足，補充油脂(一般油脂應為軸承室內部容積的1/2～2/3)

。b）更換軸承。c）降低負載。d）更換潤滑脂。e）更換軸流冷卻風扇。f）降低轉速。故障分析與處理方法19三、維護與保養1、經常性檢查2、定子絕緣電阻測量3、軸承的維護與保養4、滑環、碳刷的維護與保養5、加熱器的開啟與關閉6、電機控制參數的設定7、檢修201、經常性檢查：經常檢查發電機與原動機安裝固定是否良好，運行是否有異常響聲，振動是否超標；經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，如不符合國標的規定，可按如下方法處理：用加熱器進行加熱。用循環熱空氣吹；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，應使各定子繞組各部位不要超過90℃,干燥過程應連續,直到絕緣電阻保持穩定，至少4h。

維護與保養213、軸承的維護、保養及更換發電機在電機制造廠加注了正確牌號和正確數量的潤滑脂，但發電機在風場安裝并網前，每端軸承加注80g油脂。發電機在風場每運行1000h，每端軸承補充油脂150～180g。注意：加注的油脂牌號應正確;加油人員不得用手直接接觸油脂，防止污染，水汽、灰塵等雜質一旦進入軸承，對軸承的壽命影響很大。每次加油后，應將排油管中的廢油排凈。當必須更換其它牌號油脂時，應先擰下排油管，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，將軸承室內多余油脂擠出排油口。維護與保養22當軸承發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象產生混淆而引起誤判，有故障的軸承拆下后不得進行清洗和其它處理，以利于分析，判斷故障原因。當電機長期擱置不用時，應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子轉動一下(防止靜振應每周將轉子轉動1/4周)。長期擱置起動前，應加入適量的潤滑脂，將長期擱置的油脂擠出，低速盤車，將軸承室內多余油脂擠出排油口。軸承故障常見的現象是：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、滑環的維護、保養及更換碳刷滑環室及碳灰收集盒必須定期清理表面及周圍的碳灰。約半年進行一次清理。碳刷設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，保證碳刷與滑環的接觸可靠。碳刷的設計壽命為10個月，而更換時間因運行環境不同而不同，約為6~7個月不等。維護與保養235、加熱器的開啟與關閉：當發電機停機時間較長、環境濕度較大、環境溫度較低時，開啟加熱器。繞組絕緣電阻低于國家標準（10MΩ）時，需要開啟電機內加熱器。絕緣電阻符合國家標準值，方