某型1.5MW风力发电机滑环室技改排风扇可行性报告

郭小军

摘要： 发电机是风力发电机组的重要组成部分，发电机集电环在长时间工作的情况下碳刷会存在磨损，碳粉在滑环室内如果不能及时清理或排出，长期在滑环室内，容易造成相间短路，接地短路，电流不平衡，及滑环磨损，造成滑环损坏等问题。本文以某型1.5MW双馈变速衡频风电机组为例，尝试对发电机滑环室加装排风系统，减少风力发电机组电网类故障的发生，减少更换碳刷及滑环进行可行性分析。

关键词： 风力发电机组;滑环室;碳粉;排风系统

【中图分类号】TM614 【文献标识码】A【文章编号】1674-3733（2020）16-0190-01

引言

风力发电机组在发电时风力发电机要跟随这风向而360度转动，为了顺利而高效的将发电机转换的电能储存和输送出去，就需要一个可以360度旋转导电的装置。这个装置就是滑环，也叫集电环。

风电机组发电机滑环在风力发电系统中担负着整个系统的动力传输的功能，是整个风机系统中非常关键的部件，其精密度、可靠性及工作寿命直接影响到风力发电系统的性能。

集电滑环在结构设计上要求保证接触可靠，保证所有的线路能够连续接通，导电滑环组件结构上包括，滑环体、碳刷组件（电刷）固定支架等附件组成。

碳刷也叫电刷，作为一种滑动接触件，在许多电气设备中得到广泛的应用。碳刷在产品应用材质主要有石墨，浸脂石墨，金属（含铜，银）石墨。

风力發电机组在长期运行中滑环与碳刷长期摩擦，碳刷会存在磨损，磨损后形成碳粉。

1分析概述

本文主要针对某风场某型1.5MW双馈变速衡频风力发电机组使用的发电机运行一段时间后就频繁报出电流不对称，变频器错误等故障，在查找相应回路内各部件均正常的情况下，经过检查发现，发电机集电环碳刷磨损严重，滑环室内存有碳粉，碳粉不能有效排放，导致滑环绝缘较低，损坏滑环，同时因为集电环室散热不良使得碳刷和集电环磨损严重，频繁更换碳刷，且在清理更换碳刷或者滑环后一定时间内类似问题还会循环发生。

风力发电机组在发生此类故障后会导致风机紧急脱网，对风机的叶片、刹车、发电机、变频器等各部件安全稳定运行产生了影响。

为了解决此类问题，工作人员研究技改方案，研究在滑环室外部加装排风风扇，加强滑环室空气流通，便于发电机滑环室散热，在发电机滑环室下部和机舱底部分别打孔，用管套连接，用排风扇风力将磨损掉落下的碳粉通过导管及时排出到机舱外。

2技改准备工作

现场对滑环室盖板尺寸进行测量，根据风机的各部件工作原理和实际需求，选择将滑环室排风扇控制回路并联到齿轮油泵的控制回路中，用来控制排风扇启停。

确定安装位置和尺寸及相应的供电电源后，寻找采购相应尺寸及电压等级的排风电机，选择采购相应型号的空气开关和接触器作为排风电机的空开和接触器。准备相应的电缆，确定电机供电电缆在机舱内的走向，电缆固定位置，防止风机运行中电缆摩擦导致电缆漏电及工作人员在塔上工作时发生触电危险。排风电机及外购件、机加件到货后应检验，包括数量，规格，外观等。

3安全工作

出于安全方面考虑，为防止排风扇在极端情况下风扇扇叶掉落后进入滑环室造成短路的极端事故，在排风扇前段放置防护网进行隔离，确保滑环室安全。

为防止机舱外流动的沙尘及其他物品顺排风管套进入到发电机滑环室内在机舱下部与排风管套连接处加装一定密度的防护隔离网

滑环室下部盖板打孔时要确定好排风管套的安装位置，便于风扇运行后能够将碳粉顺排风管套排出，确定好排风管套的安装方式，防止风机长期运行后螺栓掉落进滑环室导致滑环室内产生电气短路问题，影响风机安全运行。

选择滑环室排风扇电机的空气开关时要根据电机的容量进行匹配，确保在供电回路中发生短路时空气开关能够快速断开，保护供电回路。选择供电电源是要合理计算回路容量，保证排风扇能够长期稳定工作。

选择滑环室排风扇电机供电电缆时要按着电机容量选择合格的电缆。

人员登塔工作时要按规程规定要求，穿戴好安全防护用具，戴好安全帽、穿防护鞋，戴手套，在填好安全措施票后才能开始工作。

在确定好安装位置打孔时人员应规范使用工器具。

所需工具统计

10、17、19、22、24呆扳手、10寸活动扳手、内六角扳手一套、十字、一字螺丝刀，万用表、绝缘胶带、扎带数条、，吊箱、吊带、对讲机、手电钻、钻孔机。

4技改安装工作

4.1用风机内置小吊车将技改安装设备及工具吊至风电机组机舱内。

4.2拆下原有的发电机滑环室的外侧盖板及下侧盖板。

4.3根据需要对发电机滑环室下侧盖板进行加工打孔，连接排风管套上部后固定好发电机滑环室下部盖板，在机舱下部打孔后连接排风管套下部，同时安装上防护隔离网。

4.4在机舱控制柜内安装排风扇电机空气开关和电机供电接触器及连接好控缆和电缆，按确定好的位置固定好电缆。

4.5将原发电机滑环室的外侧盖板更换为加工制作的滑环室盖板，并在新盖板上安装技改的排风电机，安装防护隔离网，在电机连接好后准备接线，接线时注意电机接线方式。

5调试工作

5.1测试齿轮油泵工作后，检查滑环室排风电机是否能够正常运行。

5.2检查排风电机的接线线序，确认风扇转动方向，确保风扇转动后碳粉能后被吹到排风管套内排出。

5.3检查在风机静止状态下防护网的隔离作用，是否能屏蔽掉机舱外部一定体积的灰尘。

5.4测试滑环室风扇电机，观察供电回路内电缆，接触器，空开运行情况，确保风扇电机能够长期稳定运行。

6结论：

风力发电机集电环是整个风机系统中非常关键的部件，其精密度、可靠性及工作寿命直接影响到风力发电系统的性能，且该类型集电环属于国外产品，价格较为昂贵，通过将该类型1.5MW风机风力发电机组的滑环室技改后，有效降低了滑环室内碳粉的存集，同时使得滑环室内空气得以流通，降低了滑环室内的温度，提高了滑环的利用时间，能够降低风电场的运维成本，减少了风力发电机组电网类故障的发生，提高了风机的利用率，保障了风机安全稳定运行。

参考文献

[1]李洪敏，刘晓琴.双馈感应风力发电机最大风能跟踪算法研究[J].控制工程.2017（06）.

[2]金宇清，赵泽，鞠平，吴峰.双馈感应风力发电机的参数辨识分析[J].高电压技术.2011（07）.