雙饋發(fā)電機(jī)定子引出線故障處理

苗旭芳

（上海電氣風(fēng)電設(shè)備有限公司，上海 200241）

1 引言

隨著風(fēng)力發(fā)電規(guī)模和風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量的不斷增大，針對(duì)并網(wǎng)型風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行要求也日益嚴(yán)格。雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具有功率因素可調(diào)、效率高、節(jié)省投資等優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用最為廣泛的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)。但是風(fēng)力發(fā)電由于其特殊的運(yùn)行及維修環(huán)境，對(duì)于機(jī)組的可靠性運(yùn)行提出了相當(dāng)高的要求。作為雙饋機(jī)組中的重要部件之一的發(fā)電機(jī)，其可靠性從某種程度決定了機(jī)組是否能長(zhǎng)期、安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。本文通過分析了一起雙饋發(fā)電機(jī)定子引出線故障的處理過程，明確提出了兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)引出線的固定須采用焊接的方式，提高其可靠性。

2 雙饋發(fā)電機(jī)定子引出線故障處理

2.1 故障描述

雙饋發(fā)電機(jī)組中變流器頻報(bào)定子電壓、電流故障后，無法復(fù)位及起機(jī)。機(jī)組無法正常運(yùn)行。

2.2 故障現(xiàn)象

變流器報(bào)定子電壓故障（見圖1）。

圖1 變流器報(bào)定子電壓故障

變流器報(bào)定子電流故障（見圖2）。

圖2 變流器報(bào)定子電流故障

變流器再次報(bào)定子電流故障（見圖3）。

變流器最后一次報(bào)定子電流故障后，觸發(fā)緊急停機(jī)（見圖4）。

2.3 故障分析

由于機(jī)組所使用的變流器具有故障錄播功能，因此故障出現(xiàn)后，首先根據(jù)變流器的故障記錄，分別從變流器中下載了故障時(shí)的電壓、電流波形（圖5）。

圖3 變流器再次報(bào)定子電流故障

從圖5中，可以看出三相電流波形在前200 ms內(nèi)，電流波形正常，幅值約為1 000安培。后電流波形波動(dòng)明顯加劇，波動(dòng)幅度較大，其中L1電流峰值最大時(shí)可達(dá)6 000安培左右，為額定滿負(fù)載電流的3倍之多。電流波形波動(dòng)異常，持續(xù)時(shí)間約為150ms。

從圖6中，可以看出三相電流波形在前200 ms內(nèi)，電流波形正常，幅值約為1 500A。后電流波形波動(dòng)明顯加劇，波動(dòng)幅度巨大，L1電流峰值數(shù)值依然維持在6 000A左右。但是電流異常波動(dòng)時(shí)間加長(zhǎng)至250ms。

圖7顯示，故障現(xiàn)象與圖二基本一致。

圖7 三相電流波形變化（3）

從圖8中，可以看出三相電壓略有波動(dòng)，電壓幅值基本保持在570V與670V之間，L1電流為零，L2與L3電流幅值基本相等，相位相反。

圖8 三相電壓的變化

從以上圖中可以看出，在整個(gè)故障過程中，變流器勵(lì)磁基本正常。初步可以排除變流器故障可能性。同時(shí)，為了進(jìn)一步確認(rèn)故障點(diǎn)，決定檢測(cè)發(fā)電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子電阻以及絕緣電阻。

經(jīng)過測(cè)量，結(jié)果如下：定子對(duì)地絕緣正常，轉(zhuǎn)子對(duì)地絕緣正常，轉(zhuǎn)子三相電阻正常且阻值基本平衡，但在定子接線盒內(nèi)，測(cè)量繞組U-V端，電阻值無窮大，繞組U-W端，電阻值無窮大；繞組VW端，電阻值為0.003 07歐姆。

從測(cè)量結(jié)果，基本可以確定故障點(diǎn)為發(fā)電機(jī)定子部分。由于V-W端測(cè)量電阻正常，因此基本可以排除V、W相定子繞組故障的可能性。另外，由于U-V和U-W端測(cè)量電阻均為無窮大，且發(fā)電機(jī)定子繞組采用三角形接法，因此基本可以判斷，U相引出線斷路故障。

2.4 故障處理

為了確認(rèn)故障點(diǎn)，決定拆解發(fā)電機(jī)。由于發(fā)電機(jī)采用空／空冷卻的方式，因此須拆卸冷卻背包。拆解冷卻背包時(shí)，在機(jī)艙內(nèi)使用手動(dòng)葫蘆吊裝移開發(fā)電機(jī)冷卻器，冷卻器移開后，可以明顯看到發(fā)電機(jī)機(jī)座撐筋與與部分定子鐵芯表面有燒黑痕跡。拆除定子引出線隔離板后，發(fā)現(xiàn)一相匯流銅牌與并聯(lián)銅環(huán)連接處完全融毀，致使此相引出銅環(huán)斷路，并導(dǎo)致周邊絕緣材料燒毀。具體圖片見圖9。

從圖片中，可以看出由于匯流銅牌與并聯(lián)銅環(huán)采用了螺栓連接固定的方式，在故障過程中由于發(fā)電機(jī)受長(zhǎng)期振動(dòng)影響，可能導(dǎo)致螺栓松動(dòng)，接觸電阻逐漸增大。在長(zhǎng)期大負(fù)載大電流的作用下，發(fā)熱劇增，到達(dá)一定程度，超過了引出線所能承受的溫度，絕緣薄弱處開始損毀，多次反復(fù)，導(dǎo)致最終連接處完全融毀、斷路。

根據(jù)以上情況，發(fā)電機(jī)供應(yīng)商擬定了詳細(xì)的維修方案。主要是對(duì)定子匯流排以及并聯(lián)銅環(huán)的修復(fù)，并對(duì)連接處加以焊接固定。經(jīng)過三天的緊急維修，機(jī)組經(jīng)檢驗(yàn)后 重新起機(jī)并運(yùn)行。從運(yùn)行的結(jié)果看，電壓、電流波形恢復(fù)正常。

3 結(jié)論

近年來，隨著風(fēng)力發(fā)電容量的不斷提升。兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，已經(jīng)成為主流機(jī)型。而作為國(guó)內(nèi)主流市場(chǎng)中的雙饋發(fā)電機(jī)定子繞組大多采用成型繞組。該繞組具有絕緣特性好的優(yōu)點(diǎn)，但是隨之而來，連接、固定及引出也成為一大難題。而風(fēng)力發(fā)電機(jī)又具有容量大，電壓低，電流普遍較大，工作環(huán)境溫度較高、振動(dòng)大，散熱困難的特點(diǎn)。如果還是采用連接排螺栓固定的方式，在長(zhǎng)期的振動(dòng)環(huán)境中，勢(shì)必引起連接螺栓松動(dòng)、接觸電阻過大，發(fā)熱劇增，電流波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)引起電機(jī)絕緣燒毀的現(xiàn)象。因此，為了提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行可靠性，繞組引出線的連接應(yīng)采用焊接的方式，提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，同時(shí)結(jié)合專業(yè)的焊接工藝及檢驗(yàn)方法。