风力发电机轴电流抑制的有关研究

摘要：就风力发电机组的发电机轴电流抑制技改情况，以发电机的结构优化和部件的改进，以及风力发电机组的检修维护工艺作为技改点，可以抑制发电机轴电流产生，实现发电机的良好运行。本文就对风力发电机轴电流抑制有关内容展开分析，以供参考。

关键词：轴电流;轴承;轴电压

1风力发电机轴电流的形成及轴承损坏的分析

1.1油脂积累影响轴承

依据维护标准，每六个月进行一次轴承润滑维护，只是注入少量、定量的润滑脂，轴承内旧的润滑脂只依靠轴承的自行运转来挤出，收集在集油槽中。这样废旧油脂会有很大部分残留在轴承内，时间长了会形成酸性物质，对轴承造成一定的腐蚀。

1.2磁力的作用造成轴承面发生老化

风力发电机组多使用双馈异步发电机，在发电机正常运行的时候，发电机的定转子处在正弦交变磁场当中。由于发电机定子、转子扇形冲片以及硅钢片等叠装因素，再加上铁芯槽通风孔等的存在，定轉子扇形冲压片叠装后接缝的不对称性、硅钢片碾压方向不同造成导磁率的不同、铁心槽和通风孔的存在及安装的工艺使磁通不平衡等原因，这种不平衡产生不平衡的磁阻和不平衡的磁力，逐渐地浸蚀轴承主体表面的材质，在长期的发热、磁力等多种因素的作用下，造成发电机的轴承内外面发生变化，日积月累形成类似于老化的材质变化。在轴承运行前期，轴电流也许会很小，但是随着轴承的磁化，尤其集中在轴承的内外表面，轴电流就会变大。当轴电流变大就会进一步地加重轴承的劣化，形成恶性循环，加速轴承损坏的过程。

2抑制双馈发电机轴电流的方法分析

通常，轴承内圈与轴承外圈间的润滑油膜起到绝缘作用。对于发电机产生的较低轴电压，因油脂绝缘作用不会产生轴电流。当发电机轴电压增加到一定数值的时候，尤其在风力发电机停机再启动时，润滑油膜还未充分形成，轴电压将放电击穿油膜后与大地构成回路，产生很大的泄漏轴电流，有时可达到几百安甚至上千安。由于轴承滚球金属凸面接触面很小，电流密度较大，使轴承局部点状烧熔，被烧熔的轴承表面合金在辗轧力的作用下飞溅，于是在轴承内表面上形成小凹坑。通常表现出的明显症状是轴承外圈内表面、轴承内圈外表面以及保持架上被压出条状电弧伤痕，严重的时候会损坏轴颈和轴瓦。由于轴承运行时会因摩擦在转轴上产生静电荷，转轴因被静电荷充电使电位升高。当运行的转轴接触到旋转体以外的任何部件时，便要通过该部件对地进行放电，否则就要继续积累静电荷，最后产生过高的轴电压。如果轴电压超出轴承油膜的绝缘强度，积累的电荷就会在极短时间内放电。这种现象的重复发生，就是轴承受到损伤的主要原因。另外，轴承滚道剥落、轴承保持架断裂等问题，分别是由于润滑不足、发电机对中不符合要求、转子平衡精度不够以及轴承安装时不规范等诸多因素导致，将会缩短风力发电机轴承的使用寿命。某区域风电场在经多方论证，提出了可行性轴电流治理方法：首先，从轴电流的疏导上开通更好的泄流回路，结合发电机外壳结构设计，采取发电机多点接地的形式，及时疏导发电机轴电流;其次，从设计中提升定转子间绝缘等级，达到甚至优于陶瓷球轴承的效果。在检查确认发电机滑环室内接地连接可靠的前提下，在发电机输入端增加接地办法，从而提升接地可靠性。绝缘端盖的技改方案是在接地疏导轴电流的同时，从技术上和设计上将设备绝缘点转移，不再和油脂的储存点进行交叉，进一步提升绝缘等级和可靠性。

3发电机轴承、端盖更换技术要求分析

绝缘端盖形式须为绝缘体嵌入式，绝缘端盖的机械强度满足所承受的压力，不会造成破裂而导致绝缘失效，同时保证各安装孔位的精度。绝缘端盖绝缘等级达到H级，同时有国家风电领域权威机构的检验报告。绝缘端盖的机械强度、精度以及绝缘等级等各项技术要求须出具合格的检验报告，各项试验数据要具有中国风电产品认证资质的鉴定确认。发电机轴承更换需使用专业且合格的工器具，发电机轴承更换的过程中要注意保持作业现场卫生清洁，做好废油脂的清理回收，工器具摆放合理，作业人员安全防护用品合格齐备，同时做好人员正确的安全防护。拆除发电机联轴器、电缆保护软管、手动注油管、盖板、编码器等相关附件时应做好相应的保护，小心放置，避免磕碰，防止损伤、丢失相关拆卸的附件。使用阻燃型环保清洗剂清洗风扇挡圈、风扇罩、内密封环等相关附件，保证附件清洁。使用工装拆卸密封环、轴承时必须清理转轴配合面，确保转轴配合表面干净无杂质，避免发电机主轴拉伤。在拆卸发电机轴承过程中注意保护轴承室、轴承内外圈部位不得碰伤。装配新轴承工作人员的手套必须保持清洁，避免污染轴承及其润滑油。新轴承装配后须注入适量新油脂，轴承安装方向应正确。轴承安装过程中因使用方法的不同会产生一定的过盈量，在风机塔上检修时最好采用油浸式加热或感应器加热轴承方法来安装，加热温度范围一般为均匀受热80～100℃为宜;当使用油浸式加热的时候，油温最高不能超过120℃。发电机端盖安装方向与拆卸前一致。螺栓需重新涂抹适量锁固剂，对称交错紧固，紧固力矩，画紧固标记。作业结束后检查发电机运行是否正常。

4接地装置安装技术要求分析

在发电机接地碳刷的选用上，最好使用知名品牌碳刷，规格为40mm×20mm×100mm。刷握端面与接地环间的间隙满足规定2～3mm要求;安装电刷与刷握间隙满足规定0.1～0.3mm要求。接地电刷与接地环接触可靠，接触面积不低于80%，接地支架固定在径向端盖绝缘层的外侧。安装接地碳刷刷架及其线路，将接地碳刷监测信号接入原发电机碳刷监测回路中。安装完毕之后触发碳刷监测微动开关，测试反馈信号正确输入。

5发电机对中校核

首先所使用对中仪器合格，具有出厂精度检验合格证明或年度检验合格证明。其次对中过程中需至少三人进行，风速超过6m/s，不得进行发电机对中工作。确认叶片处于顺桨状态，测试能否手动盘车。用200～800N·m力矩扳手将力矩值调至800N·m，紧固发电机四个地角螺栓;用60～200N·m力矩扳手将力矩值调至190N·m，紧固发电机减震块上的螺栓。水平、垂直对中精度达到位移偏差小于0.5mm，角度偏差小于0.02/100。

6结语

发电机的故障率严重影响风力发电机组的可利用率，同时关系到风电场的经济效益。总之，只有充分掌握发电机的运行特点，充分分析故障原因，才能得出安全适用、经济合理、技术先进的技术改造方法，使发电机的技术改造产生真正的效果。

参考文献

[1]刘瑞芳，孟延停.表贴式与内置式永磁同步风力发电机的轴电流模型对比分析[J].北京交通大学学报，2017，（2）.

[2]闫光临，支永健，陈湘，等.地铁车辆牵引电机轴承电腐蚀原理及抑制技术研究[J].机车电传动.2019，（4）.

作者介绍：门志权，1986.01.15，性别：男。籍贯：山西大同。职称：助理工程师，职务：现场负责人。单位：晋能清洁能源风力发电有限责任公司。邮编：037300。

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