雙饋異步風力發電機試驗方法

譚曉華 譚新波

摘? 要：發電機是風力發電系統中的核心關鍵部件，該文主要以湘電集團1.5MW SKYFF1500-4型電機為參考，依據國標要求，介紹雙饋異步電機的試驗方案及具體操作。通過試驗全面考察風力電機的各種性能，判斷電機的各項技術條件和參數是否滿足國家規定以及客戶設計性能的要求，也為設計部門改進電機性能，提高電機質量的可靠性提供試驗數據參考和依據。

關鍵詞：雙饋異步風力發電機? ABB變頻器? 電機試驗? 發電系統

中圖分類號：TM315? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2020）11（a）-0060-04

Test Method for Doubly Fed Induction Generator

TAN Xiaohua1? TAN Xinbo2

（1. Tianjin University of Technology and Education， Tianjin， 300222 China; 2. Special Electrical Division， Xiangdian Group， Xiangtan， Hunan Province， 411101? China）

Abstract： Take the 1.5MW SKYFF1500-4 motor of XENC as an example， the test methodology of doubly fed induction Generator is introduced according to the national standard requirements in this paper， the purpose of the experiment is to investigate the performance of the motor， determine whether the technical conditions and parameters meet the requirements of the state regulations and the requirements of the customers. It also provides the reference and basis for the design department to improve the performance and reliability of the motor.

Key Words： Doubly fed induction generator; ABB inverter; Motor test; Power generation system

我國風能資源豐富，合理科學利用風力資源，能解決能源緊缺及環境污染等問題。風力發電機利用風力帶動風車葉片旋轉，通過齒輪增速機提高轉速，從而帶動發電機發電把風能轉化成電能。發電機是風力發電系統中的核心關鍵部件，直接關系到風場發電的效率以及風力發電的質量。隨著國家大力發展風力發電，風力發電機的質量和可靠性越來越受重視。

風力發電機中應用最為廣泛的是雙饋異步發電機，是一種繞線式轉子電機。由于其定、轉子都能向電網饋電，故簡稱雙饋電機。為適應風力發電機市場需求，湘電集團成功研發了多種型號的雙饋異步風力發電機，該文主要以1.5MW SKYFF1500-4型電機為參考，介紹雙饋異步電機的試驗方案。

1? 雙饋風力發電機的試驗項目

雙饋異步電機的試驗分為型式試驗和出廠試驗。型式試驗的目的就是全面考察被試驗的電機各種性能，判斷電機的各項技術條件和參數是否滿足國家規定及客戶設計性能的要求，也為設計部門改進電機性能，提高電機質量的可靠性提供試驗數據參考和依據。出廠試驗是在型式試驗的基礎上，進行滿足客戶要求的試驗項目。型式試驗包含有出廠試驗的試驗項目。

1.1 試驗前的準備

（1）查看電機是否正確耦合在試驗臺位上，聯軸器防護罩是否裝好，被試驗電機是否設立安全警示標志。

（2）檢查電機本身送試狀態是否合格，是否掛送試卡，檢查電機各種配件是否已經裝配好，查看滑環室是否有異物等。

（3）用雙惠電橋測量電機直流冷態電阻與絕緣電阻。測量電機各鉑熱電阻是否良好，檢查記錄冷態下鉑熱電阻溫度值，以及用500 MΩ搖表測量其絕緣性。

（4）用1000 MΩ搖表測量電機的絕緣性，定轉子的絕緣電阻必須不低于500 MΩ。

（5）電機接線，并確認接線正確，測試電機冷卻器轉向是否正確。

1.2 電機溫升試驗

溫升是指電子電氣設備中的各個部件高出環境的溫度。雙饋風力發電機的溫升試驗包括額定溫升試驗、過載溫升試驗以及等效溫升試驗等，用于判斷發電機在不同狀態下，電機的散熱情況、電機的運行狀況、電機軸承運行情況等。是雙饋電機試驗的一種非常重要項目。該文主要以ABB ACS800-67變頻器和異步發電機組成的試驗平臺，簡單介紹1.5 MW異步雙饋電機的溫升試驗。試驗前須根據試驗原理圖，在雙饋風力發電機試驗操作界面上合上QF1、KM7，檢查拖動機風機與風力發電機風機轉向是否正確。

1.2.1 拖動機啟動和調節

在雙饋風力發電機試驗操作界面上，啟動后設定轉速為500 r（風力發電機伸端逆時針轉）或-500 r（風力發電機伸端順時針轉），拖動機開始轉動，等實際轉速達到設定轉速時方可繼續升速或降速，空載時每次調節轉速最大不超過500 r（注意先啟動變頻器，在設定轉速啟動拖動機，以免啟動電流過大，損害變頻器）。

1.2.2 變頻器操作軟件DRIVE WINDOW的操作

打開操作軟件[3]，（1）取得控制權（LOCAL）;（2）復位故障（RESET）設置試驗電機的試驗參數;（3）設置MONITOR（用于電機運行時波形即時監測），選中MONITOR窗口中通道1～6，按delete鍵刪除，點擊LOCK/UNLOCK ITEMS鍵將要監視的項鎖定，再點擊ADD MONITORED ITEMS鍵將該項以波形在窗口中顯示，設置1～6通道為以下：

（1）01.01：MOTOR SPEED發電機轉速測量值;

（2）02.01：STATOR IS（RMS）定子電流有效值;

（3）01.10：DC VOLTAGE直流母線電壓;

（4）01.11：MAINS VOLTAGE電網電壓;

（5）02.02：STATOR VOLTAGE定子電壓測量值;

（6）02.06：ROTOR IR（RMS）轉子電流有效值。

1.2.3 取得同步圖形。

選中DATALOGGER窗口，點擊UPLOAD DATALOGGER鍵。獲得同步圖形，如圖1所示才能進行并網。

1.2.4 并網

設置參數 21.02： DISABLE MCB CLOSE YES NO 30.04： STATOR CURR TRIP 500 0

點擊傳動啟動按鈕后，SACE吸合，INU圖標變綠傳動開始運行，并網成功。并網后可對數據進行即時監控。

1.2.5 加/減負載與停車

更改以下兩個參數可以進行有功和無功調節。

25.04： TOPQUE REF A轉矩給定（有功給定）：每次加載或減載值不超過10。

24.01： LOCAL REACT PREF無功給定：每次加載或減載值不超過10。

調節拖動機轉速到發電機的額定轉速，使用ABB的變頻控制軟件DriveWindow并網，增加負載和無功，使得發電機運行在額定工況下連續穩定運行。當繞組溫度1h內變化小于1K時，認為發電機溫升達到穩定。注意在溫升過程中時刻注意拖動機運行的各項參數時候正確，發電機穩定運行的各項技術數據是否滿足要求。停車：（1）負載全部降為0;（2）按STOP鍵斷開并網開關;（3）再降轉速停車（注：一定按先后順序）。

1.3 發電機的工作特性曲線的測定和繪制

參考GB/T 1032三相異步電動機試驗方法，溫升試驗后，發電機仍處于熱態時，在工作轉速范圍內，保持定子額定電壓，在不同轉速下給定相應的轉矩（有功）和功率因素為1的條件下，分別采集輸出總功率P、定子功率P、轉子有功功率、定子電壓、電流等。型式試驗一般要求測量功率因素為1，以及在感性0.95和容性0.95下的功率曲線。所得功率特性見圖1。特殊情況下，根據客戶要求也可以測量在不同的感性或者容性條件下的功率特性。

1.4 軸電壓的測量

發電機組由于某些原因引起發電機組軸上產生了電壓，如果在安裝或運行中，沒有采取足夠的措施，當軸電壓足以擊穿軸與軸承間的油膜時，便發生放電，會使潤滑冷卻的油質逐漸劣化，嚴重者會使軸瓦燒壞，被迫停機造成事故。所以，在運行中，測量檢查發電機組的軸及軸承間的電壓是十分必要的，對于檢修機組判定軸瓦絕緣是否良好具有重要意義。

1.5 堵轉試驗

堵轉試驗在發電機冷態下進行，在軸伸端，使用撬棍把電機轉子堵住，給定子施加約200 V左右電壓，給定50 Hz的額定頻率，緩慢調節定子電壓使得定子電流不斷增大到1.25倍額定電流開始，然后在逐步降低電壓，并采集相應電壓下的三相電流、輸入功率。停機后立刻測量定子電阻的阻值。做出電流、輸入功率和堵轉電壓的關系曲線。

1.6 噪聲測定、振動、超速以及短時升高壓

把發電機轉子三相短接，定子給定電壓以及頻率，使得發電機作電動機變頻運行。在空載電動工況下運行，按照國標GB/T 10069.1-2006、GB 10069.3-2008相關規定要求進行測試。

發電機在熱態下空載運行時，調節頻率使得電機應能承受2 200 r/min的超速試驗，持續時間為2 min，不發生損壞和有害變形;發電機型式試驗中應該能承受2 400 r/min的超速試驗，持續時間為3 min，不發生損壞和有害變形;電機做空載運行于額定轉速下，水平剛性固定，使用測振儀分別測量軸伸端和非伸端徑向軸向和垂向的振動位移、速度、加速度的值，測量是否符合國標或者滿足客戶要求。電機做空載運行于額定轉速下，調節定子繞組的電壓到1.3倍額定電壓，歷時3 min的空載過電壓而不發生繞組對地絕緣擊穿現象或者其他有害情況。

1.7 對地耐電壓

發電機在熱態下，定、轉子繞組對地應該能承受下列規定的耐壓試驗，不應該發生絕緣擊穿和閃絡。試驗電壓頻率為50 Hz，定子繞組為2 400 V，轉子繞組為4 600 V;試驗持續時間為 1min。

2? 結語

該文依據國標要求以及電機的技術條件和試驗大綱，介紹了雙饋電機的一些基本原理、試驗設備以及試驗的方法。該文有助于新試驗員工的入職培訓以及雙饋發電機的一些試驗規范。

參考文獻

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