浅析风力发电机轴对地绝缘电阻低的原因与对策

中车永济电机有限公司 李慧萍 张景萍 段成斌

引言

几乎所有的电机转动时都会产生轴电压，电机所容许的轴电压或轴电流的大小与轴承状况、油膜厚度、电机运行状态、安装质量、现场运行环境和轴电流流经路径的阻抗等许多因素有关。目前采用方法主要有以下4种：1.选用绝缘轴承；2.电机转子轴肩与轴承内圈配合处喷绝缘涂层，同时轴承内圈两侧垫好绝缘纸，使得轴承与轴绝缘，这是一种新型的绝缘结构，但工艺复杂、不易推行；3.绝缘端盖：轴承室绝缘，将轴承室与端盖之间结合处绝缘；4.端盖装配处绝缘：将端盖与机座结合处绝缘。鉴于上述方法的复杂性及成本，我厂主要使用绝缘轴承和绝缘端盖两种方法，下面就此2种结构容易发生的质量问题进行分析，并制定相应的预防措施。

1.影响电机轴对地绝缘值低的主要因素及解决方法

1.1 绝缘轴承配件质量问题

绝缘轴承：轴承内圈或外圈表面有一层100μm厚的涂层，可承受最高1000V DC的电压，特殊的喷涂工艺可形成一层厚度均匀、粘附力极强均匀的涂层，再经过进一步处理，使其不受温度和湿度的影响。绝缘轴承的涂层多采用陶瓷材料，容易在装配与拆卸过程中将涂层拉坏，导致绝缘受损，造成轴对地绝缘电阻低（天气潮湿时，绝缘吸潮）或直接为0。限于绝缘轴承生产及装配工艺不成熟、难度大，容易受环境影响造成绝缘值低，若出现此问题，只能更换轴承。

1.2 绝缘端盖质量问题

下表为绝缘端盖各个部件之间的绝缘方式：

绝缘部位 绝缘方式 备注端盖与轴承座径向装配面：通过绝缘垫片进行绝缘；轴向装配面：将轴承座装配面提前喷涂绝缘涂层或打无纬带，保证其绝缘性能。在端盖与轴承座接缝面涂抹密封胶，并涂抹晾干型绝缘磁漆，保证其密封及绝缘性能螺栓与端盖径向装配面：通过绝缘垫圈进行绝缘；轴向装配面：通过绝缘套管保证其绝缘。

端盖组装后需要进行耐压试验，造成绝缘阻值低的主要原因主要有以下几点：

（1）绝缘端盖组装时，由于绝缘垫片、套管及垫圈受潮，导致绝缘阻值低；

（2）端盖组装时，端盖与轴承座各个安装面有毛刺，组装过程中将绝缘配件损坏，导致装配后绝缘电阻值低；

（3）端盖组装后，在精加工端盖与轴承室止口同轴度时，机床冷却液流进轴承室与端盖装配处，造成绝缘材料吸潮，导致绝缘端盖绝缘性能差。

针对上述可能出现的问题，主要解决方法如下：

（1）绝缘配件（垫片、套管及垫圈）的处理办法：将绝缘配件烘箱烘焙至100℃，保温2小时，升温速度不大于30℃/h，如果升温过快，会造成工件表面水分很快蒸发，使潮气由表面向工件内部扩散，从而不易排出；→再将配件浸1032绝缘漆0.5小时，漆面没过工件20mm以上；→将浸好漆的工件取出，待将表面漆滴去；→竖挂入烘箱内130℃，烘焙2小时；

（2）端盖与轴承座装配前，使用白布酒精将工件上的异物及毛刺清理干净；

（3）端盖与轴承室组装后，在端盖与轴承座接缝面涂抹密封胶，并涂抹晾干型绝缘磁漆，保证其密封及绝缘性能。

1.3 装配质量问题

风电发电机主要包括定子装配、转子装配、端盖（有绝缘端盖及非绝缘端盖）、轴承（绝缘及非绝缘轴承）、滑环装配（包括接地刷等）、冷却器等大部件组成。

（1）绝缘轴承结构的风力发电机

绝缘轴承是通过内圈或外圈的绝缘涂层将转轴与机座绝缘，避免轴电流造成损坏。外封环对轴承内圈的轴向方向进行定位，外轴承盖与轴承外圈接触。 在实际生产过程中，风力发电机总装后，检测轴对地绝缘电阻为0Ω，检测过程中发现外轴承盖与外封环间隙处有“兹兹”的打火声，对打火处作标识，拆除外封环，发现轴承盖有毛刺，导致轴承内外圈短接，所以检测结果为0；电机在总装后，检测轴对地绝缘电阻≥100MΩ，满足标准，但是碰上阴雨天气，再次检测绝缘值降低或变为0，拆除外封环检测外轴承盖的内径及外封环的外径，发现轴承内外圈单边间隙小（＜0.4mm），天气湿度大，空气吸潮带电后，外轴承盖与外封环爬电或短接，导致电机的轴对地绝缘电阻变化。

针对上述质量问题产生的原因，要求：①配件组装前，使用汽油清洗、白布擦拭无油污，手摸无高点；②电机组装后，检测外封环与外轴承盖的单边间隙≥0.4mm。

（2）配件干涉

风电滑环室通过连接架与定子连接，由于产品结构的空间限制及绝缘端盖结构的特殊性，某风力发电机的轴承室尖角与连接架相蹭，两者短接从而导致电机检测时轴对地绝缘电阻为0；

通过核算设计图纸，发现理论尺寸有3.5mm的间隙，经过测量现场实物发现轴承室底部尖角在加工过程中没有严格按照图纸要求的尺寸进行打磨导致轴承室底角与连接架接触。

2.结语

综上所述，轴电流对电机的影响至关重要，直接影响轴承的使用寿命，导致电机振动等质量问题，因此，电机装配过程中必须保证定转子之间的轴对地绝缘电阻满足要求。通过上述分析，必须确保配件（绝缘轴承、绝缘端盖、刷杆等）的绝缘强度及装配过程中配件的清洁；由于风力发电机结构复杂，因此要求过程中严格按照工艺对轴对地绝缘电阻逐步、多次检测，确保产品的质量。

[1]许实章主编.电机学[M].北京：机械工业出版社,1995.

[2]李发海,王岩编.电机与拖动基础[M].北京：中央广播电视大学出版社,1994.