風(fēng)電機(jī)組發(fā)電機(jī)集電環(huán)打火剖析

劉敏　劉貴平　劉坤杰

摘 要：本文結(jié)合實(shí)際，從雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行實(shí)際出發(fā)，分析了雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中發(fā)電機(jī)產(chǎn)生集電環(huán)打火的原因及其預(yù)防措施，通過實(shí)施可靠的預(yù)防的方法達(dá)到發(fā)電機(jī)集電環(huán)的安全、可靠、高效運(yùn)行，進(jìn)而提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：集電環(huán)；風(fēng)電場；風(fēng)力發(fā)電機(jī)組

一、 引言

隨著我國風(fēng)力發(fā)電事業(yè)的快速發(fā)展，我國風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)容量不斷增大，據(jù)統(tǒng)計(jì)2014年，全國（除臺(tái)灣地區(qū)外）新增安裝風(fēng)電機(jī)組13121 臺(tái)，新增裝機(jī)容量23196MW，同比增長44.2%。但是隨著時(shí)間的推移，機(jī)組日趨老化，機(jī)組發(fā)電機(jī)集電環(huán)出現(xiàn)打火現(xiàn)象更為普遍，如何采取有效地預(yù)防措施減少和杜絕集電環(huán)打火，使機(jī)組安全可靠運(yùn)行已成為值的探討的話題。

本文針對(duì)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行的實(shí)際情況對(duì)集電環(huán)打火進(jìn)行了詳盡的分析并給出了相應(yīng)的預(yù)防措施，在一定程度上預(yù)防了打火的產(chǎn)生。

二、 風(fēng)力發(fā)電機(jī)簡介

風(fēng)力發(fā)電機(jī)是通過葉輪吸收風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為齒輪箱旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，再由發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。

三、 雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電機(jī)

雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋、軸承、滑環(huán)室等部件組成。

（一）風(fēng)力發(fā)電機(jī)滑環(huán)室的構(gòu)成

滑環(huán)室由集電環(huán)、碳刷架、風(fēng)扇、排碳孔等部分構(gòu)成。

集電環(huán)也叫導(dǎo)電環(huán)、滑環(huán)、集流環(huán)、匯流環(huán)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組集電環(huán)由三個(gè)絕緣滑環(huán)和一個(gè)沒有絕緣的軸接地滑環(huán)組成。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通過集電環(huán)與外界相連接，實(shí)現(xiàn)固定位置到旋轉(zhuǎn)位置電力能量的傳輸。滑環(huán)能夠提高系統(tǒng)性能，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，避免導(dǎo)線在旋轉(zhuǎn)過程中造成扭傷。

風(fēng)電機(jī)組使用碳刷架將碳刷固定，通過壓指使碳刷與滑環(huán)緊密接觸，實(shí)現(xiàn)電能量的傳輸。這部分能量的傳輸在風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行發(fā)電的過程中至關(guān)重要，是實(shí)現(xiàn)機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電的關(guān)鍵一環(huán)。

發(fā)電機(jī)集電環(huán)的打火引起電能量傳輸不穩(wěn)定或使碳刷磨損過快，使得機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)定。

（二）機(jī)組集電環(huán)打火的常見誘因

集電環(huán)是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的承載體，作為高速滑動(dòng)的接觸部件，其在運(yùn)行中打火現(xiàn)象比較普遍，嚴(yán)重時(shí)引發(fā)環(huán)火，直接導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)事故。

引發(fā)發(fā)電機(jī)集電環(huán)打火事故的因素有：

1、碳刷質(zhì)量不良，過熱時(shí)碳刷容易碎裂，大量碎屑導(dǎo)致碳刷與集電環(huán)之間拉弧；

2、集電環(huán)冷卻風(fēng)進(jìn)風(fēng)口濾網(wǎng)堵塞，空氣量減小，影響集電環(huán)表面冷卻效果；

3、發(fā)電機(jī)軸承密封損壞潤滑脂泄漏，導(dǎo)致碳粉排出不暢，油氣與碳粉混合物污染滑環(huán)環(huán)室；

4、碳刷監(jiān)控信號(hào)未動(dòng)作或短接，碳刷過短導(dǎo)致碳刷金屬部分接觸，產(chǎn)生拉弧現(xiàn)象；

5、碳刷不匹配原因?qū)е码娏髌疲瑢?dǎo)致集電環(huán)打火；

6、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組三相電流不平衡導(dǎo)致集電環(huán)打火；

7、碳刷與集電環(huán)表面接觸不良，集電環(huán)表面及碳刷組件過熱；

8、集電環(huán)本身質(zhì)量不良，絕緣電阻不達(dá)標(biāo)，運(yùn)轉(zhuǎn)過程中絕緣減弱造成局部放電。

9、發(fā)電機(jī)軸承振動(dòng)導(dǎo)致碳刷與集電環(huán)接觸不良，導(dǎo)致集電環(huán)打火；

10、刷架壓指壓力不足，導(dǎo)致接觸不良引發(fā)拉弧現(xiàn)象；

（三）機(jī)組集電環(huán)打火的預(yù)防措施

定期的維護(hù)檢查是減少和杜絕集電環(huán)打火的有效措施，一般滑環(huán)的維護(hù)周期為6個(gè)月，使電機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)，用軟刷子仔細(xì)清潔滑環(huán)的槽和中間空間，用不帶纖維的軟布或沾濕丙酮清潔所有部件，用工業(yè)真空吸塵器徹底清潔滑環(huán)室，清潔之后檢查滑環(huán)室絕緣，一般要求大于500兆歐。針對(duì)上文引發(fā)集電環(huán)打火的誘因給出以下預(yù)防措施：

1、在使用碳刷時(shí)使用質(zhì)量合格，并有良好企業(yè)信譽(yù)的廠家產(chǎn)品，如在機(jī)組巡檢過程中發(fā)現(xiàn)碳刷存在邊緣碎裂的現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)更換，并及時(shí)對(duì)碳刷進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。杜絕使用不符合要求的碳刷。

2、定期更換滑環(huán)室過濾器毛氈，防止大量碳粉積存，影響空氣流動(dòng)，減弱熱交換，一般過濾器應(yīng)每年更換一次。

3、定期清理發(fā)電機(jī)軸承廢油脂，防止廢油脂堵塞油路造成軸承密封損壞潤滑脂泄漏，當(dāng)發(fā)現(xiàn)存在油脂外泄時(shí)應(yīng)及時(shí)清理廢油脂，疏通原有油路，并進(jìn)行密封的處理。

4、定期排查滑環(huán)室碳刷監(jiān)控的觸發(fā)情況，對(duì)損壞的行程開關(guān)進(jìn)行更換，對(duì)長度少于1/3的碳刷進(jìn)行更換處理。合理的調(diào)節(jié)刷架與集電環(huán)之間的距離，防止運(yùn)行過程中產(chǎn)生干涉。

5、在更換長度少于1/3的碳刷時(shí)，應(yīng)選用與其他組型號(hào)，廠家相同的碳刷，原則上應(yīng)全部更換。因?yàn)椴煌瑥S家的碳刷其硬度，額定電流密度、電阻率等相關(guān)參數(shù)不同，導(dǎo)致在運(yùn)行中電流的不平衡。

6、碳刷與集電環(huán)表面接觸不良導(dǎo)致集電環(huán)打火是較為常見的誘因，造成表面接觸不良的原因有：

（1）更換碳刷時(shí)未進(jìn)行研磨，碳刷與集電環(huán)表面接觸未達(dá)標(biāo)。一般情況下在安裝前應(yīng)進(jìn)行預(yù)磨，預(yù)磨應(yīng)按照電機(jī)旋轉(zhuǎn)的方向進(jìn)行，開始使用粗纖維，后期使用細(xì)砂紙進(jìn)行精磨，反復(fù)研磨直到電刷與集電環(huán)接觸面積達(dá)到80%以上。

（2）發(fā)電機(jī)軸承振動(dòng)劇烈使得高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)電機(jī)電刷與集電環(huán)在震動(dòng)時(shí)兩者分離，造成拉弧現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致集電環(huán)打火。如在日常巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)軸承噪音大，溫升異常，均應(yīng)加強(qiáng)發(fā)電機(jī)檢查，若發(fā)電機(jī)軸承已磨損嚴(yán)重，應(yīng)及時(shí)更換發(fā)電機(jī)或發(fā)電機(jī)軸承。

（3）發(fā)電機(jī)刷架壓指壓力不足，使得接觸面貼合不穩(wěn)定，造成拉弧現(xiàn)象，一般壓指提供P=20kPa+20%～70%的正常壓力，通常采用彈簧稱和測力計(jì)來校核。

（4）碳刷在刷握中發(fā)生卡塞，導(dǎo)致碳刷不能及時(shí)補(bǔ)給，造成接觸面貼合不良，要求在日常巡檢中，檢查碳刷的靈活性，發(fā)現(xiàn)存在卡塞現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)更換或修型刷握，及時(shí)更換碳刷。

7、使用合格的集電環(huán)是保證發(fā)電機(jī)安全可靠運(yùn)行的前提。在使用重新修磨的滑環(huán)時(shí)，應(yīng)注意修磨時(shí)盡可能不要磨掉光澤層，光澤層可使碳刷接觸良好。

綜上所述良好的日常巡視及專項(xiàng)排查是杜絕和預(yù)防集電環(huán)打火的有效措施，發(fā)電機(jī)的可靠運(yùn)行是機(jī)組可靠、安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基礎(chǔ)。

四、 結(jié)束語

隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)力機(jī)組規(guī)模的不斷擴(kuò)大投運(yùn)時(shí)間的加長，機(jī)組老化必然會(huì)引發(fā)一些機(jī)組缺陷的產(chǎn)生，而發(fā)電機(jī)集電環(huán)打火等缺陷已成為影響機(jī)組可利用率、機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的因素之一，如何在日常檢修過程中采取有效地措施，使得機(jī)組經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行已成為我們值的思考的問題。

參考文獻(xiàn)：

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