軸電流對風力發電機危害及預防措施

關寶峰

（中廣新能源控股有限公司內蒙古分公司，內蒙古 呼和浩特 01000）

軸電流對風力發電機危害及預防措施

關寶峰

（中廣新能源控股有限公司內蒙古分公司，內蒙古 呼和浩特 01000）

闡述風力發電機組軸電流的危害，分析軸電流產生的原因，并結合發電機實際狀況，找出癥結，技改接地裝置預防發電機組的損害。

軸電流；發電機；接地裝置

1 軸電流對風力發電機的危害

由于轉子對地存在電阻，一旦帶電，產生的電流與轉軸電阻、油膜電阻、軸承座及基礎等外部回路有關。當軸承油膜被軸電壓擊穿而受破壞或發電機的動靜部分發生接觸摩擦，就可能產生很大的電流，有時可達數千安。就會在電阻最低的絕緣處放電，產生電蝕，這種放電作用帶來的危害如下：

在發電機轉子表面槽楔絕緣低處融化金屬粒子，在金屬表面形成微小的電蝕凹槽。凹坑的集聚是表面變得粗糙，失去光澤，如果發生在軸承上會造成機械磨損。金屬顆粒進入發電機軸承中，使發電機潤滑脂受到污染，使整個潤滑系統潤滑性能降低，而且含有大量金屬粒子的潤滑劑會降低油膜絕緣電阻，加速對發電機軸承的損壞。在發電軸承承載區會產生局部高溫，加快潤滑脂老化，破壞油膜，燒壞軸承滑道，曾加磨損，最終造成風機傳動鏈振動。

2 軸電流產生的原因

風力發電機在調運行后，轉子和定子鐵心間存在不平衡的氣隙，風力發電機在高空高速運行時會產生軸電壓。轉子絕緣樹脂層不是平均分配，造成磁阻不等，產生軸電壓。靜電效應產生的軸電壓是由于發電機氣息與發電機箱體摩擦引起的。雖然該電壓可能達到幾百伏，但作用在阻抗很大的回路中，屬電流源性質，功率很小，靜電電荷經電刷導入大地的電流超過80A，會損壞軸承的滑動表面，但若作用時間過長，會損壞軸承絕緣。軸向磁通經過軸承間隙、發電機基礎形成回路，其中，小部份流過發電機氣隙，大部份流過發電機的軸承和編碼器。這種軸向磁通和單極電動勢產生的軸向電流較大，會造成設備嚴重損壞。交變磁通與主軸和軸承回路交鏈產生以基波頻率為主的感應電動勢，此電動勢在軸承上產生的電流，有很大的直流分量，一旦軸承絕緣損壞，此直流分量電流引起發電機軸承滑道點蝕，拆解后體現為滾道有搓衣板紋、有時有內表面剝落，滾動體表面形成了很多微小的凹坑，滾動體表面發黑，軸承油脂氧化發黑。

搓衣板紋主要為高頻的共模電壓擊穿軸承內表面油膜絕緣鍍層，瞬間對地放電導致，該類問題是雙饋異步電機共同存在的典型問題之一。

由于發電機運行時接地點不足，造成軸電流無法釋放，因此產生電腐蝕軸承，造成發電機損壞。（圖1為發電機軸承的損壞）。

圖1 發電機軸承的損壞

3 分析風力發電機軸電流不能有效導出的原因

（1）首先原設計接地電環較大，接地碳刷在運轉過程中，發電機每轉一周的周長較大，增加了線速度，隨之對接地碳刷的磨損也會增加。如接地碳刷磨損嚴重，不能及時更換或磨損信號被屏蔽，所產生的軸電流就不能被有效導出。

（2）對于碳刷的選擇也非常重要。導電性好的金屬含量高的接地碳刷導電性能也較好。同時，碳刷的尺寸，決定著接觸面積的大小，接觸面越大的碳刷，導電性能也會相對更好。

（3）如集電環存在制造工藝上的問題，與發電機延伸軸不同心，集電環的運轉軌跡出現橢圓情況，風機運行時，可能出現碳刷跳動的情況，從而影響了碳刷和集電環的可靠接觸，導致軸電流不能被有效引導接地。

（4）碳粉的堆積，也可能引起集電環空間絕緣下降或短路電流的產生，引起軸電流。

4 采取措施

重新對發電接地裝置進行設計，分別在發電機高速軸前端和發電機后端編碼器小軸上分別加裝1套小型接地裝置，不改變發電機原有的設計，進行了接地裝置的安裝，起到良好的導流，降低了軸電流對發電的損害，安裝前對軸電壓進行了測試。（圖2為軸電壓測試過程記錄）共模電壓的峰峰值為3.04kV。

圖2 軸電壓測試圖

安裝前對軸電流進行了測試（圖3為軸電流測試過程記

錄）軸電流的峰峰值為56.8A。

圖3 軸電流的測試圖

安裝接地裝置后進行對軸電壓電流進行了測試，軸電壓的峰值為2.15KV,電壓降低了930V，降低幅度為30%，軸電流電流的峰峰值為12A，電流降低了42A，降低幅度為75%。

5 接地裝置的優點

（1）引流更可靠。雙接地碳刷配合小軸，接觸面積比例更大。

（2）安裝方便。相比于在集電環室安裝接地環系統，此接地裝置的安裝空間更大、更容易，用材更少。

（3）節約成本。減少接地碳刷的磨損速度，使接地碳刷使用周期延長可至少延長十倍以上。

（4）更換方便。無需拆掉集電環室端蓋即可更換碳刷，如接地鋼環磨損，只需松開一顆螺栓，即可更換。

（5）便于觀察。在巡檢、定檢、消缺等工作中，可以很容易觀察到接地碳刷的磨損情況。如磨損過多，可及時更換。

6 結語

通過對發電機接地裝置的技改解決軸電流導出的問題，降低了軸電壓對發電機系統的損壞，延長了發電機的使用受命。新課題需要不斷地進行技術鉆研創新從本質解決兆瓦級大型雙饋發電機軸電壓、軸電流對發電機系統的損壞問題。

［1］姚興佳.風力發電機組原理與應用［M］.北京：機械工業出版社，2009.

［2］葉杭冶.風力發電系統的設計、運行與維護［M］.北京：電子工業出版社，2010.

關寶峰（1981-），男，內蒙古人，大學本科，助理工程師，主要研究方向：電氣。