双馈异步风力发电机试验方法

谭晓华 谭新波

摘  要：发电机是风力发电系统中的核心关键部件，该文主要以湘电集团1.5MW SKYFF1500-4型电机为参考，依据国标要求，介绍双馈异步电机的试验方案及具体操作。通过试验全面考察风力电机的各种性能，判断电机的各项技术条件和参数是否满足国家规定以及客户设计性能的要求，也为设计部门改进电机性能，提高电机质量的可靠性提供试验数据参考和依据。

关键词：双馈异步风力发电机  ABB变频器  电机试验  发电系统

中图分类号：TM315                          文献标识码：A文章编号：1672-3791（2020）11（a）-0060-04

Test Method for Doubly Fed Induction Generator

TAN Xiaohua1  TAN Xinbo2

（1. Tianjin University of Technology and Education， Tianjin， 300222 China; 2. Special Electrical Division， Xiangdian Group， Xiangtan， Hunan Province， 411101  China）

Abstract： Take the 1.5MW SKYFF1500-4 motor of XENC as an example， the test methodology of doubly fed induction Generator is introduced according to the national standard requirements in this paper， the purpose of the experiment is to investigate the performance of the motor， determine whether the technical conditions and parameters meet the requirements of the state regulations and the requirements of the customers. It also provides the reference and basis for the design department to improve the performance and reliability of the motor.

Key Words： Doubly fed induction generator; ABB inverter; Motor test; Power generation system

我国风能资源丰富，合理科学利用风力资源，能解决能源紧缺及环境污染等问题。风力发电机利用风力带动风车叶片旋转，通过齿轮增速机提高转速，从而带动发电机发电把风能转化成电能。发电机是风力发电系统中的核心关键部件，直接关系到风场发电的效率以及风力发电的质量。随着国家大力发展风力发电，风力发电机的质量和可靠性越来越受重视。

风力发电机中应用最为广泛的是双馈异步发电机，是一种绕线式转子电机。由于其定、转子都能向电网馈电，故简称双馈电机。为适应风力发电机市场需求，湘电集团成功研发了多种型号的双馈异步风力发电机，该文主要以1.5MW SKYFF1500-4型电机为参考，介绍双馈异步电机的试验方案。

1  双馈风力发电机的试验项目

双馈异步电机的试验分为型式试验和出厂试验。型式试验的目的就是全面考察被试验的电机各种性能，判断电机的各项技术条件和参数是否满足国家规定及客户设计性能的要求，也为设计部门改进电机性能，提高电机质量的可靠性提供试验数据参考和依据。出厂试验是在型式试验的基础上，进行满足客户要求的试验项目。型式试验包含有出厂试验的试验项目。

1.1 试验前的准备

（1）查看电机是否正确耦合在试验台位上，联轴器防护罩是否装好，被试验电机是否设立安全警示标志。

（2）检查电机本身送试状态是否合格，是否挂送试卡，检查电机各种配件是否已经装配好，查看滑环室是否有异物等。

（3）用双惠电桥测量电机直流冷态电阻与绝缘电阻。测量电机各铂热电阻是否良好，检查记录冷态下铂热电阻温度值，以及用500 MΩ摇表测量其绝缘性。

（4）用1000 MΩ摇表测量电机的绝缘性，定转子的绝缘电阻必须不低于500 MΩ。

（5）电机接线，并确认接线正确，测试电机冷却器转向是否正确。

1.2 电机温升试验

温升是指电子电气设备中的各个部件高出环境的温度。双馈风力发电机的温升试验包括额定温升试验、过载温升试验以及等效温升试验等，用于判断发电机在不同状態下，电机的散热情况、电机的运行状况、电机轴承运行情况等。是双馈电机试验的一种非常重要项目。该文主要以ABB ACS800-67变频器和异步发电机组成的试验平台，简单介绍1.5 MW异步双馈电机的温升试验。试验前须根据试验原理图，在双馈风力发电机试验操作界面上合上QF1、KM7，检查拖动机风机与风力发电机风机转向是否正确。

1.2.1 拖动机启动和调节

在双馈风力发电机试验操作界面上，启动后设定转速为500 r（风力发电机伸端逆时针转）或-500 r（风力发电机伸端顺时针转），拖动机开始转动，等实际转速达到设定转速时方可继续升速或降速，空载时每次调节转速最大不超过500 r（注意先启动变频器，在设定转速启动拖动机，以免启动电流过大，损害变频器）。

1.2.2 变频器操作软件DRIVE WINDOW的操作

打开操作软件[3]，（1）取得控制权（LOCAL）;（2）复位故障（RESET）设置试验电机的试验参数;（3）设置MONITOR（用于电机运行时波形即时监测），选中MONITOR窗口中通道1～6，按delete键删除，点击LOCK/UNLOCK ITEMS键将要监视的项锁定，再点击ADD MONITORED ITEMS键将该项以波形在窗口中显示，设置1～6通道为以下：

（1）01.01：MOTOR SPEED发电机转速测量值;

（2）02.01：STATOR IS（RMS）定子电流有效值;

（3）01.10：DC VOLTAGE直流母线电压;

（4）01.11：MAINS VOLTAGE电网电压;

（5）02.02：STATOR VOLTAGE定子电压测量值;

（6）02.06：ROTOR IR（RMS）转子电流有效值。

1.2.3 取得同步图形。

选中DATALOGGER窗口，点击UPLOAD DATALOGGER键。获得同步图形，如图1所示才能进行并网。

1.2.4 并网

设置参数 21.02： DISABLE MCB CLOSE YES NO 30.04： STATOR CURR TRIP 500 0

點击传动启动按钮后，SACE吸合，INU图标变绿传动开始运行，并网成功。并网后可对数据进行即时监控。

1.2.5 加/减负载与停车

更改以下两个参数可以进行有功和无功调节。

25.04： TOPQUE REF A转矩给定（有功给定）：每次加载或减载值不超过10。

24.01： LOCAL REACT PREF无功给定：每次加载或减载值不超过10。

调节拖动机转速到发电机的额定转速，使用ABB的变频控制软件DriveWindow并网，增加负载和无功，使得发电机运行在额定工况下连续稳定运行。当绕组温度1h内变化小于1K时，认为发电机温升达到稳定。注意在温升过程中时刻注意拖动机运行的各项参数时候正确，发电机稳定运行的各项技术数据是否满足要求。停车：（1）负载全部降为0;（2）按STOP键断开并网开关;（3）再降转速停车（注：一定按先后顺序）。

1.3 发电机的工作特性曲线的测定和绘制

参考GB/T 1032三相异步电动机试验方法，温升试验后，发电机仍处于热态时，在工作转速范围内，保持定子额定电压，在不同转速下给定相应的转矩（有功）和功率因素为1的条件下，分别采集输出总功率P、定子功率P、转子有功功率、定子电压、电流等。型式试验一般要求测量功率因素为1，以及在感性0.95和容性0.95下的功率曲线。所得功率特性见图1。特殊情况下，根据客户要求也可以测量在不同的感性或者容性条件下的功率特性。

1.4 轴电压的测量

发电机组由于某些原因引起发电机组轴上产生了电压，如果在安装或运行中，没有采取足够的措施，当轴电压足以击穿轴与轴承间的油膜时，便发生放电，会使润滑冷却的油质逐渐劣化，严重者会使轴瓦烧坏，被迫停机造成事故。所以，在运行中，测量检查发电机组的轴及轴承间的电压是十分必要的，对于检修机组判定轴瓦绝缘是否良好具有重要意义。

1.5 堵转试验

堵转试验在发电机冷态下进行，在轴伸端，使用撬棍把电机转子堵住，给定子施加约200 V左右电压，给定50 Hz的额定频率，缓慢调节定子电压使得定子电流不断增大到1.25倍额定电流开始，然后在逐步降低电压，并采集相应电压下的三相电流、输入功率。停机后立刻测量定子电阻的阻值。做出电流、输入功率和堵转电压的关系曲线。

1.6 噪声测定、振动、超速以及短时升高压

把发电机转子三相短接，定子给定电压以及频率，使得发电机作电动机变频运行。在空载电动工况下运行，按照国标GB/T 10069.1-2006、GB 10069.3-2008相关规定要求进行测试。

发电机在热态下空载运行时，调节频率使得电机应能承受2 200 r/min的超速试验，持续时间为2 min，不发生损坏和有害变形;发电机型式试验中应该能承受2 400 r/min的超速试验，持续时间为3 min，不发生损坏和有害变形;电机做空载运行于额定转速下，水平刚性固定，使用测振仪分别测量轴伸端和非伸端径向轴向和垂向的振动位移、速度、加速度的值，测量是否符合国标或者满足客户要求。电机做空载运行于额定转速下，调节定子绕组的电压到1.3倍额定电压，历时3 min的空载过电压而不发生绕组对地绝缘击穿现象或者其他有害情况。

1.7 对地耐电压

发电机在热态下，定、转子绕组对地应该能承受下列规定的耐压试验，不应该发生绝缘击穿和闪络。试验电压频率为50 Hz，定子绕组为2 400 V，转子绕组为4 600 V;试验持续时间为 1min。

2  结语

该文依据国标要求以及电机的技术条件和试验大纲，介绍了双馈电机的一些基本原理、试验设备以及试验的方法。该文有助于新试验员工的入职培训以及双馈发电机的一些试验规范。

参考文献

[1] 高修煬.风力发电存在的问题与发展策略[J].集成电路应用，2019，36（1）：78-79.

[2] 刘瑞芳，任雪娇，陈嘉垚.双馈异步风力发电机的轴电流分析[J].电工技术学报，2018，33（19）：4517-4525.

[3] 朱建乐.风力发电存在的问题与发展策略[J].居舍，2020（5）：9.

[4] 熊辉.5MW双馈异步风力发电机的设计[D].湖南大学，2017.

[5] 陈嘉垚.双馈异步风力发电机轴电流的分析与抑制[D].北京交通大学，2016.

[6] 冯文亭.风力发电存在的问题与发展策略[J].设备监理，2019（7）：59-60.