雙饋發電機定子引出線故障處理

苗旭芳

（上海電氣風電設備有限公司，上海 200241）

1 引言

隨著風力發電規模和風電機組單機容量的不斷增大，針對并網型風電機組的運行要求也日益嚴格。雙饋風力發電機組具有功率因素可調、效率高、節省投資等優點，是目前應用最為廣泛的風力發電技術。但是風力發電由于其特殊的運行及維修環境，對于機組的可靠性運行提出了相當高的要求。作為雙饋機組中的重要部件之一的發電機，其可靠性從某種程度決定了機組是否能長期、安全、穩定的運行。本文通過分析了一起雙饋發電機定子引出線故障的處理過程，明確提出了兆瓦級風力發電機引出線的固定須采用焊接的方式，提高其可靠性。

2 雙饋發電機定子引出線故障處理

2.1 故障描述

雙饋發電機組中變流器頻報定子電壓、電流故障后，無法復位及起機。機組無法正常運行。

2.2 故障現象

變流器報定子電壓故障（見圖1）。

圖1 變流器報定子電壓故障

變流器報定子電流故障（見圖2）。

圖2 變流器報定子電流故障

變流器再次報定子電流故障（見圖3）。

變流器最后一次報定子電流故障后，觸發緊急停機（見圖4）。

2.3 故障分析

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

圖3 變流器再次報定子電流故障

從圖5中，可以看出三相電流波形在前200 ms內，電流波形正常，幅值約為1 000安培。后電流波形波動明顯加劇，波動幅度較大，其中L1電流峰值最大時可達6 000安培左右，為額定滿負載電流的3倍之多。電流波形波動異常，持續時間約為150ms。

從圖6中，可以看出三相電流波形在前200 ms內，電流波形正常，幅值約為1 500A。后電流波形波動明顯加劇，波動幅度巨大，L1電流峰值數值依然維持在6 000A左右。但是電流異常波動時間加長至250ms。

圖7顯示，故障現象與圖二基本一致。

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，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，在整個故障過程中，變流器勵磁基本正常。初步可以排除變流器故障可能性。同時，為了進一步確認故障點，決定檢測發電機的定、轉子電阻以及絕緣電阻。

經過測量，結果如下：定子對地絕緣正常，轉子對地絕緣正常，轉子三相電阻正常且阻值基本平衡，但在定子接線盒內，測量繞組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。

從測量結果，基本可以確定故障點為發電機定子部分。由于V-W端測量電阻正常，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端測量電阻均為無窮大，且發電機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

為了確認故障點，決定拆解發電機。由于發電機采用空／空冷卻的方式，因此須拆卸冷卻背包。拆解冷卻背包時，在機艙內使用手動葫蘆吊裝移開發電機冷卻器，冷卻器移開后，可以明顯看到發電機機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，發現一相匯流銅牌與并聯銅環連接處完全融毀，致使此相引出銅環斷路，并導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銅環采用了螺栓連接固定的方式，在故障過程中由于發電機受長期振動影響，可能導致螺栓松動，接觸電阻逐漸增大。在長期大負載大電流的作用下，發熱劇增，到達一定程度，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，導致最終連接處完全融毀、斷路。

根據以上情況，發電機供應商擬定了詳細的維修方案。主要是對定子匯流排以及并聯銅環的修復，并對連接處加以焊接固定。經過三天的緊急維修，機組經檢驗后 重新起機并運行。從運行的結果看，電壓、電流波形恢復正常。

3 結論

近年來，隨著風力發電容量的不斷提升。兆瓦級風力發電機，已經成為主流機型。而作為國內主流市場中的雙饋發電機定子繞組大多采用成型繞組。該繞組具有絕緣特性好的優點，但是隨之而來，連接、固定及引出也成為一大難題。而風力發電機又具有容量大，電壓低，電流普遍較大，工作環境溫度較高、振動大，散熱困難的特點。如果還是采用連接排螺栓固定的方式，在長期的振動環境中，勢必引起連接螺栓松動、接觸電阻過大，發熱劇增，電流波動，嚴重時引起電機絕緣燒毀的現象。因此，為了提高風力發電機運行可靠性，繞組引出線的連接應采用焊接的方式，提高結構的強度，同時結合專業的焊接工藝及檢驗方法。