摘要：风能是一种绿色可再生能源，近20年来，风力发电行业发展迅猛，在我国电力系统中的比例不断提高，同时电网高可靠性和发电企业经营能力要求风力发电设备可靠运行。发电机作为风力发电机组的重要组成部分，对风力发电机组可靠稳定运行至关重要。但因风力发电行业发展之初，受制于技术薄弱、设计缺陷、工艺把关不严等因素影响，发电机隐患问题较多，因此，深入研究发电机的隐患缺陷，提出科学维护方案，有着极强的现实意义。本文将首先探讨论述市场常见品牌风力发电机组发电机构件缺陷及隐患，然后重点针对构件缺陷提出科学维护方案，希望能够作为相关从业者的参考和借鉴，为我国风力发电行业健康有序发展贡献力量。
关键词：双馈发电机；构件缺陷；日常维护；应用
1 引言
随着社会经济的不断发展，电力的应用也越来越广泛，人们在日常生活中越来越离不开电力。我国的发电方法非常多，主要包括火力发电，水力发电以及风力发电等。风能作为可再生的清洁能源，发展前景广阔，近20年来，我国风力发电行业发展非常迅速。同时，电网高可靠性和发电企业经营能力要求风力发电设备可靠运行，发电机作为风力发电机组的重要组成部件，对风力发电机组可靠稳定运行至关重要。
2 发电机介绍
现阶段，风电市场呈现双馈发电机和永磁发电机两种较为成熟的主流技术路线，各有优劣。永磁发电机技术理论较为简单，实际生产过程中严把制作工艺关，避免后期运行过程中磁钢脱落等情况后，整体运行情况稳定，故此文不做详细分析。
双馈发电机又称交流励磁发电机，其工作原理为定子直接接入电网，通过配备的双向可逆专用变频器向转子绕组输入频率、相位、幅值都可以调节的三相低频交流励磁电流，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，使风力发电机组的运行始终处于最佳状态，提高风能的利用率。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。
双馈发电机变速恒频控制原理为当发电机转速小于定子旋转磁场同步转速时，处于亚同步状态，此时变频器向发电机转子提供励磁电流，定子发出电能给电网；当电机转速大于旋转磁场的同步转速时，处于超同步运行状态，此时发电机同时由定子和转子发出电能给电网；当电机转速等于旋转磁场的同步转速时，此时发电机作为同步电机运行，变频器向转子提供直流励磁。当发电机转速变化时，若控制转子供电频率响应变化，可使电流频率保持恒定不变，与电网频率保持一致，实现了变速恒频控制。
3 市场常见品牌发电机构件缺陷及应对措施
随着运行时间的推移，早期投运的风力发电机组的各类问题开始大批量暴露，客观来讲，长期处于各类室外复杂恶劣环境下高速运转设备，零部件出现损耗和故障在所难免，但批量出现的同一类问题必须引起我们所有从业者的关注和深思，以便在后期设计、制造、运行维护等各个环节加以弥补和改进，促进行业健康、有序、高速、可持续发展。
现将较大的严重影响设备可利用率和发电量的发电机构件缺陷及应对措施分类汇总如下。
（一）发电机轴承损坏
发电机前后轴承损坏故障最为常见，主要表现为轴承保持架断裂、粘连、轴承异常温升、滚道工作面剥落、滚道有凹坑变形、跑圈等。究其原因主要有轴电流过大引起轴承电蚀、绝缘击穿、滚珠工作面出现电击凹坑；轴承润滑不良导致温升过高；轴承安装不良或发电机与传动系统轴对中偏差大导致轴承承受动载较大，疲劳损坏。应对措施：①加装轴电流接地装置、更换高绝缘强度的轴承；试验表明，正常运转的发电机，其轴电压最高可达300V～500V，采用梳堵结合方式，前后端加装接地装置，疏导下泄轴电流，将轴承和轴承端盖更换为高绝缘强度轴承和端盖，有效杜绝由轴电流引起电蚀现象。②选用合适润滑油脂；润滑油脂的主要作用为润滑散热，轴承高速运转不可避免的产生高温，而高温同样使润滑油脂加速氧化并形成酸性物质将润滑油脂内的稠化剂分解，导致润滑脂变色、板结、变稀、流油；同时，润滑油脂用量也有严格要求，过量和欠量都会使润滑和散热效果大打折扣，因此必须选用合适润滑油脂定期定量加注。③严格把关轴承安装和发电机对中工艺关；应严格安装厂家轴承安装要求安装或更换发电机轴承，在日常检修维护过程中应每半年对发电机进行对中检测和纠偏，防止轴承疲劳过载。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
（二）发电机转子构件缺陷
市场常见品牌发电机转子引起的故障占比仅次轴承，损坏部位频次由高到低分别为转子引出线、极间联线、内部绝缘等。究其原因主要有转子使用散绕组引出线易损坏、转子引出线无有效支撑、转子引出线弯曲半径小应力集中、引出线强度不够；转子极间联线制作弧度小、工艺要求不严格、绝缘强度不足；转子槽满率较低引起温升高、内部绝缘强度差、动平衡不合理、转轴结构不合理、与铁芯配合不足导致铁芯蹿动等。应对措施：①转子绕组及引出线改为硬绕组，将转子引出线位置使用云母绝缘后做好固定支撑，引出线设计为流线型，取消弯角或弯曲半径较小设计减小应力集中、提高强度。②转子极间联线问题因制作完成后期无法进行技术改造，因此必须严把制作工艺关，提高结构件质量，平衡内部动载，提高内部绝缘强度。③温升较快引起内部绝缘强度下降等问题在设计阶段重新设计转子槽型，增大绕组导电截面，降低电密、减少发热，优化冷却风路和结构，增加进风/进水量，更换风扇，防止局部温升过高。
（三）发电机定子构件缺陷
发电机定子构件造成的故障相对较少，主要表现为绝缘下降导致的接地或匝间短路、端面扫膛等故障。运行中的发电机定子构件损坏，塔上无法修复，只能返厂维修。因此，定子构件故障的预防只能在设计和制造环节入手，设计阶段增加定子绕组导电截面，减少发热量；制造环节严格按制造工艺流程要求生产。
4 发电机科学维护方案
针对现阶段运行中的发电机而言，日常维护工作至关重要，将直接影响发电机的使用寿命。发电机的日常维护包括轴承润滑、废油清理、滑环维护及滑环室检查清洁、电刷检查更换、温升检查（水冷电机检查流量、空冷电机检查驱动和轴流风扇）、编码器检查、定、转子接线检查、发电机对中。
轴承润滑通常通过安装于发电机的自动加脂设备定期定量加脂，在实践过程中，部分轴承选脂不合理，不能充分润滑散热，加之自动加脂设备运行可靠性不高，油脂分配器堵塞造成加脂量减少影响轴承润滑。高温导致润滑油脂失效，失效的润滑油脂加剧高温升，不良循环严重影响轴承寿命。因此，选用耐高温性能油脂和改可靠性自动加脂系统，依据工艺要求定期定量加脂，达到最优润滑效果。不同型号油脂禁止混用，建议每三个月检查润滑系统，清理失效废油。
滑环维护及滑环室检查清洁，滑环室电接触面，正常运行时会留下电刷的刷痕，为保证电刷和滑环面充分接触，不但要求电刷贴合面与滑环面吻合，电刷按压力度一致，同时避免滑环径向跳动，应使用千分表对滑环进行检测，如径向跳动超差，则重新打磨滑环。滑环接触面要求光洁，实际运行一段时间后，表面会出现小刷痕，但不影响到滑环的安全功能，如果表面有烧结点，大面积烧伤、烧痕、电蚀，电刷磨损量加大，则需要打磨集电环，注意不要磨掉光泽层，以保证在现有的运行状态下接触良好，一般打磨量超过10mm必须更换全新滑环。滑环室有电刷磨损的导电微粒，一般发电机有微粒收集盒，若导电微粒长期悬浮于滑环室，将使转子相间或对地绝缘强度降低，可能出现短路、放电、打火，轻则损坏滑环接触面，严重者损坏发电机或变频器。因此，对于滑环维护和滑环室的检查清洁建议每半年开展一次。
电刷的检查更换，在发电机运行一周后，检查电刷磨损量，然后每隔三个月检查一次，保证电刷、刷握、连线、绝缘和刷架保持清洁。如电刷非正常磨损，则需要查明磨损原因，同时加强巡视。电刷的更换注意要使用同一型号电刷成组更换，使舌簧施加在电刷上的按压力度相近；更换后打磨接触面，使电刷与滑环有效接触面不小于80%。
温升检查，主要检查发电机冷却系统是否正常有效工作，监测发电机是否有异常温升，水循环压力、流量是否充足，空冷发电机顶驱风扇和轴流风扇以及风道是否正常通畅。建议每三个月检查一次，如有异常温升，尽快检查处理。
编码器和定、转子接线检查，如有异常随时检查处理，日常检查项较少，可随温升检查开展。
发电机对中，在整机运行半年后，由轮毂、齿轮箱、发电机传动系统产生机械共振较大，容易使发电机轴与联轴器的旋转中心产生偏差，而联轴器的补偿能力有限，较大偏差将引起发电机振动、轴承动载荷加大，严重影响发电机轴承寿命。因此，建议每半年对发电机进行对中以及时矫正偏差。
5 结束语
对于风力发电机组来说，发电机一旦发生故障，将会对机组可利用率和发电量造成较大影响，引起重大损失。为引导行业健康良性发展，必须对发电机从设计、制造、运行维护等各环节多管齐下，杜绝批量性故障和缺陷发生，不断改进技术，提高设备质量，提升发电机可靠性。本文从风力发电机在近些年实际运行中暴露出的缺陷问题、解决方法以及日常运行维护提出部分意见，希望可以为保证风力发电机组的稳定运行做出一份贡献。
参考文献
[1]中车电机有限公司.双馈风力发电机故障分析及技改方案.
论文作者:陶永虎
论文发表刊物:《电力设备》2019年第15期
论文发表时间:2019/12/9
标签：发电机论文; 转子论文; 电刷论文; 轴承论文; 定子论文; 油脂论文; 构件论文; 《电力设备》2019年第15期论文;