某风场 SL1500风机发电机故障分析

某风场 SL1500风机发电机故障分析

高洋 1 刘艳梅 1 郭海涛 2 许强 2

1 黑龙江辰能风力发电有限公司 黑龙江 哈尔滨 150090 2 黑龙江中宇富锦风力发电有限公司 黑龙江 富锦 156100

摘要：随着经济和科技的迅速发展，能源在不断枯竭、环境在不断恶化，为了改善环境、减少能源的消耗，风电、太阳能等可再生的清洁能源得到了快速发展，特别是在中国这样一个人口多、能源消耗的大国，风电装机快速发展，发电量不断攀升。随着风机运行年限的增加，发电机故障率增加，影响电场的发电量及收入。本文主要对某风电场1500kW机型的发电机故障进行了分析。

关键字：风力发电、双馈发电机、轴承、故障

2006-2010年，我国风电装机经历了迅速扩张的过程，设备逐步国产化，但由于技术不够成熟，随着运行年限的增加，发电机等主设备各种故障频发。而大多数的风电场都建在野外，风机所处的工作环境自然就十分恶劣，设备故障率也非常高。下面对东北地区某风电场的主设备——风机发电机的常见故障进行分析。

一、故障现象

1.风电场情况

风电场位于东北地区，属山地风电场，温度-30℃-+30℃，单机容量1500kW的双馈异步风力发电机组，2008年正式投产发电。风电场的风电机组主要为永济发电机、佳木斯发电机、天元发电机，风电场11年运行数据显示，跟发电机有关的故障共计近140台次，其中发电机轴承更换约70次、过桥线维修约20次、发电机更换约50台次。

2.故障现象

发电机故障发生前，系统故障为变频器检测到错误故障（子故障70：crowbar自检失败），登机检测结果为定子或转子绕组三相电阻不均衡或无数值，初步判断发电机内部绕组及附件损坏，发电机厂家对发电机拆解了解故障情况。通过对故障发电机拆解及故障前机组运行数据的分析，总结故障类型一般为以下四种：

⑴转子端部联线损坏的发电机同时伴随着轴承故障，轴承故障主要表现为轴承电蚀；

⑵故障发电机均有过电流现象的发生;

⑶故障点均发生在转子绕组与过桥线焊接点部位;

⑷故障发电机的集电环主环有打火，接地环打火和接地环粗糙等现象。

二、故障原因

1.振动引发发电机故障

在双馈发电机中只有转子与轴承是旋转件，在振动发生时，直接受到冲击的就是转子和轴承，其中：

转子中的过桥线与转子绕组是焊接而成，而焊接点是转子的薄弱点，振动→引起焊接点的疲劳→产生裂纹→焊接点产生过电流→持续发生就会引起焊接点的烧损→引起转子绕组和联线烧损等故障；

轴承保持架是轴承的薄弱点，振动→轴承保持架与滚动之间冲击加大→滚珠与保持架之间间隙加大→轴承故障→加剧轴承振动→引起转子故障。

轴承电蚀是引起轴承振动的直接原因，轴电流又是轴承电蚀的根本原因。因此，振动是引起轴承故障和转子引出线损坏的根本原因之一。

2.发电机设计缺陷的影响

据了解，型号（YJ93A）发电机存在一定的技术缺陷，发电机厂家均有缺陷处理方案。

3.雷电对发电机的影响

雷电对发电机有两方面影响，一是，雷电可以在风电机组中产生强大的感应电流，大的感应电流可以直接造成转子过桥线及线圈接头的损坏；二是，雷击可以在发电机中产生强大的轴电流而造成轴承电蚀，电蚀是引起轴承振动的根本原因。

4.变频器对发电机的影响

变频器作为发电机调速系统的执行部件，因此轴电流的产生，往往与变频器的设定和状态有关，变频器故障不仅会引起发电机轴电流过大而造成轴承电蚀，还会使发电机转子受到大电流的冲击，以致造成联线过热损坏。

5.碳粉对发电机的影响

发电机集电环室内碳粉如不能及时清理，将会影响集电环绝缘性能，同时发电机在高速运转时集电环内部容易产生火花，形成转子过电流，造成发电机集电环损坏。

6.对中不精准对发电机的影响

发电机在更换轴承或运行维护过程中，由于对中不精准会导致发电机发生振动，当发电机在振动环境中长时间运行时，轴承与转子的薄弱点就会因振动而发生质的变化。

三、故障处理

上述故障出现后，一般采用机上和返厂维修两种方案。在风机上进行维修是采用1mm厚度紫铜铜皮经淬火处理后，随原转子过桥线形状制成铜套，预留焊接部位打磨处理，及填料孔，便于焊接，拆开原绝缘层后，将铜套包至过桥线折弯处，使用橡胶锤轻度敲打保证铜套充分契合，使用银焊料进行焊接，保证银焊料充分填充铜套，无棱状尖锐突起，焊接后重新包绝缘，进行电气测量。而返厂维修一般是根据故障情况处理。

从现场风机处理故障运行结果看，两种方案各有利弊，机上处理故障时间短、费用低，但是故障复发几率更大；而返厂维修费用相对较高，但更能从根本上解决故障，后期运行稳定、可靠。

四、防范措施

从风电场多年运行看，为了减少风电机故障应做好如下防范措施：

一是加强对设备的巡视检查，发现机组在运行时声音异常，立即停机检查，并对发电机进行振动测试分析。

二是加强对设备的监控，尤其是发电机绕组温度、发电机轴承温度等，发现异常立即停机进行检查。

三是在机组维护、故障处理和登机检查时，重点检查发电机自动注油系统是否正常，对注油回路每个节点进行仔细排查，发现问题及时处理，同时保证机组维护时对发电机对中的准确性。

四是在机组维护、故障处理和登机检查时，还应重点关注发电机水冷循环系统，检查水压是否符合要求，水管和放气阀是否正常运行。

五是加强对发电机碳刷及碳刷监控的巡检，发现发电机碳刷磨损严重及碳刷监控失效后及时进行更换及处理，并清理发电机集电环室内积碳，保证集电环的绝缘性能。

六是高度关注机组出现的机侧变频器故障，在处理变频器类故障时，应对发电机进行详细检查并对变频器布线进行改造，避免因信号线经过母排产生感应电流，导致误报故障。

七是检查发电机伸端接地装置，现有14台发电机未安装伸端接地装置，9月份计划将此项工作完成，保证发电机轴端有效接地。

八是在机组维护、故障处理和登机检查时，重点检查轮毂防雷接地碳刷，发现磨损严重及时更换，每年定期对整机防雷通道进行检测。

五、结论

综上，发电机故障会影响到整个风电机组的运行，从而造成重大损失，因此需要对发电机故障进行有效诊断及处理。本文简要分析了发电机故障现象、故障原因、故障处理及故障故障措施，旨在为提升风力发电机故障诊断的准确性和及时性做出贡献，从而促进风力发电事业的发展。

参考文献

[1]魏宪华，1500千瓦风力发电机机组常见故障机理分析，世界华商经济年鉴·科技财经 2012, (12)：P.243 [2]陈录勇，风力发电机组的常见故障与排查[J].华东科技（综合），2018, P.242-242

[3]汪光阳 周义莲 《安徽工业大学学报：自然科学版》2006年 第1期 64-68页

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