風力發電機軸電流抑制的有關研究

摘要：就風力發電機組的發電機軸電流抑制技改情況，以發電機的結構優化和部件的改進，以及風力發電機組的檢修維護工藝作為技改點，可以抑制發電機軸電流產生，實現發電機的良好運行。本文就對風力發電機軸電流抑制有關內容展開分析，以供參考。

關鍵詞：軸電流;軸承;軸電壓

1風力發電機軸電流的形成及軸承損壞的分析

1.1油脂積累影響軸承

依據維護標準，每六個月進行一次軸承潤滑維護，只是注入少量、定量的潤滑脂，軸承內舊的潤滑脂只依靠軸承的自行運轉來擠出，收集在集油槽中。這樣廢舊油脂會有很大部分殘留在軸承內，時間長了會形成酸性物質，對軸承造成一定的腐蝕。

1.2磁力的作用造成軸承面發生老化

風力發電機組多使用雙饋異步發電機，在發電機正常運行的時候，發電機的定轉子處在正弦交變磁場當中。由于發電機定子、轉子扇形沖片以及硅鋼片等疊裝因素，再加上鐵芯槽通風孔等的存在，定轉子扇形沖壓片疊裝后接縫的不對稱性、硅鋼片碾壓方向不同造成導磁率的不同、鐵心槽和通風孔的存在及安裝的工藝使磁通不平衡等原因，這種不平衡產生不平衡的磁阻和不平衡的磁力，逐漸地浸蝕軸承主體表面的材質，在長期的發熱、磁力等多種因素的作用下，造成發電機的軸承內外面發生變化，日積月累形成類似于老化的材質變化。在軸承運行前期，軸電流也許會很小，但是隨著軸承的磁化，尤其集中在軸承的內外表面，軸電流就會變大。當軸電流變大就會進一步地加重軸承的劣化，形成惡性循環，加速軸承損壞的過程。

2抑制雙饋發電機軸電流的方法分析

通常，軸承內圈與軸承外圈間的潤滑油膜起到絕緣作用。對于發電機產生的較低軸電壓，因油脂絕緣作用不會產生軸電流。當發電機軸電壓增加到一定數值的時候，尤其在風力發電機停機再啟動時，潤滑油膜還未充分形成，軸電壓將放電擊穿油膜后與大地構成回路，產生很大的泄漏軸電流，有時可達到幾百安甚至上千安。由于軸承滾球金屬凸面接觸面很小，電流密度較大，使軸承局部點狀燒熔，被燒熔的軸承表面合金在輾軋力的作用下飛濺，于是在軸承內表面上形成小凹坑。通常表現出的明顯癥狀是軸承外圈內表面、軸承內圈外表面以及保持架上被壓出條狀電弧傷痕，嚴重的時候會損壞軸頸和軸瓦。由于軸承運行時會因摩擦在轉軸上產生靜電荷，轉軸因被靜電荷充電使電位升高。當運行的轉軸接觸到旋轉體以外的任何部件時，便要通過該部件對地進行放電，否則就要繼續積累靜電荷，最后產生過高的軸電壓。如果軸電壓超出軸承油膜的絕緣強度，積累的電荷就會在極短時間內放電。這種現象的重復發生，就是軸承受到損傷的主要原因。另外，軸承滾道剝落、軸承保持架斷裂等問題，分別是由于潤滑不足、發電機對中不符合要求、轉子平衡精度不夠以及軸承安裝時不規范等諸多因素導致，將會縮短風力發電機軸承的使用壽命。某區域風電場在經多方論證，提出了可行性軸電流治理方法：首先，從軸電流的疏導上開通更好的泄流回路，結合發電機外殼結構設計，采取發電機多點接地的形式，及時疏導發電機軸電流;其次，從設計中提升定轉子間絕緣等級，達到甚至優于陶瓷球軸承的效果。在檢查確認發電機滑環室內接地連接可靠的前提下，在發電機輸入端增加接地辦法，從而提升接地可靠性。絕緣端蓋的技改方案是在接地疏導軸電流的同時，從技術上和設計上將設備絕緣點轉移，不再和油脂的儲存點進行交叉，進一步提升絕緣等級和可靠性。

3發電機軸承、端蓋更換技術要求分析

絕緣端蓋形式須為絕緣體嵌入式，絕緣端蓋的機械強度滿足所承受的壓力，不會造成破裂而導致絕緣失效，同時保證各安裝孔位的精度。絕緣端蓋絕緣等級達到H級，同時有國家風電領域權威機構的檢驗報告。絕緣端蓋的機械強度、精度以及絕緣等級等各項技術要求須出具合格的檢驗報告，各項試驗數據要具有中國風電產品認證資質的鑒定確認。發電機軸承更換需使用專業且合格的工器具，發電機軸承更換的過程中要注意保持作業現場衛生清潔，做好廢油脂的清理回收，工器具擺放合理，作業人員安全防護用品合格齊備，同時做好人員正確的安全防護。拆除發電機聯軸器、電纜保護軟管、手動注油管、蓋板、編碼器等相關附件時應做好相應的保護，小心放置，避免磕碰，防止損傷、丟失相關拆卸的附件。使用阻燃型環保清洗劑清洗風扇擋圈、風扇罩、內密封環等相關附件，保證附件清潔。使用工裝拆卸密封環、軸承時必須清理轉軸配合面，確保轉軸配合表面干凈無雜質，避免發電機主軸拉傷。在拆卸發電機軸承過程中注意保護軸承室、軸承內外圈部位不得碰傷。裝配新軸承工作人員的手套必須保持清潔，避免污染軸承及其潤滑油。新軸承裝配后須注入適量新油脂，軸承安裝方向應正確。軸承安裝過程中因使用方法的不同會產生一定的過盈量，在風機塔上檢修時最好采用油浸式加熱或感應器加熱軸承方法來安裝，加熱溫度范圍一般為均勻受熱80～100℃為宜;當使用油浸式加熱的時候，油溫最高不能超過120℃。發電機端蓋安裝方向與拆卸前一致。螺栓需重新涂抹適量鎖固劑，對稱交錯緊固，緊固力矩，畫緊固標記。作業結束后檢查發電機運行是否正常。

4接地裝置安裝技術要求分析

在發電機接地碳刷的選用上，最好使用知名品牌碳刷，規格為40mm×20mm×100mm。刷握端面與接地環間的間隙滿足規定2～3mm要求;安裝電刷與刷握間隙滿足規定0.1～0.3mm要求。接地電刷與接地環接觸可靠，接觸面積不低于80%，接地支架固定在徑向端蓋絕緣層的外側。安裝接地碳刷刷架及其線路，將接地碳刷監測信號接入原發電機碳刷監測回路中。安裝完畢之后觸發碳刷監測微動開關，測試反饋信號正確輸入。

5發電機對中校核

首先所使用對中儀器合格，具有出廠精度檢驗合格證明或年度檢驗合格證明。其次對中過程中需至少三人進行，風速超過6m/s，不得進行發電機對中工作。確認葉片處于順槳狀態，測試能否手動盤車。用200～800N·m力矩扳手將力矩值調至800N·m，緊固發電機四個地角螺栓;用60～200N·m力矩扳手將力矩值調至190N·m，緊固發電機減震塊上的螺栓。水平、垂直對中精度達到位移偏差小于0.5mm，角度偏差小于0.02/100。

6結語

發電機的故障率嚴重影響風力發電機組的可利用率，同時關系到風電場的經濟效益。總之，只有充分掌握發電機的運行特點，充分分析故障原因，才能得出安全適用、經濟合理、技術先進的技術改造方法，使發電機的技術改造產生真正的效果。

參考文獻

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[2]閆光臨，支永健，陳湘，等.地鐵車輛牽引電機軸承電腐蝕原理及抑制技術研究[J].機車電傳動.2019，（4）.

作者介紹：門志權，1986.01.15，性別：男。籍貫：山西大同。職稱：助理工程師，職務：現場負責人。單位：晉能清潔能源風力發電有限責任公司。郵編：037300。

晉能清潔能源風力發電有限責任公司，山西太原?030000