海洋風電專用輔助電動機制造特點及安裝維護解析

0 引言

風電專用輔助電動機根據使用環境不同,分為海洋風電和陸用海洋風電兩個系列。海洋風電專用輔助電動機為全封閉、自冷或自帶風扇冷卻式電機,具有防止潮氣、霉菌、鹽霧、海水等有害物質損傷的特性。廣泛用于風力發電機組主機潤滑系統及冷卻裝置,具有良好的防腐性能,高穩定性和可靠性,使用壽命長等特點。

目前,風機用三相異步電動機主要有三種類型。一是潤滑系統用電機,電機后端帶風扇,為自帶風扇冷卻式電機;二是風機冷卻用電機,后端無風扇,為自冷式電機;三是偏航電機,電機后端無風扇,安裝有制動器,一般是S3工作制。海洋風電電動機的使用環境比普通電動機的運行環境惡劣,所以對海洋風電用電動機本身的防護性能和防腐蝕性要求高,在設計制造時,需考慮海洋環境對電動機絕緣性能的影響。

1 海洋風電專用輔助電動機的基本參數和特殊設計制造特點

海洋風電專用輔助電動機的通用電源一般為三相400V/50Hz或690V/50Hz;工作制為連續工作制(S1)或斷續工作制(S3、偏航電機);適用環境條件為海拔≤3000m;環境空氣溫度為-40℃～45℃;空氣相對濕度≤100%;有鹽霧、油霧、霉菌的影響。

海洋風電專用輔助電動機在滿足各類惡劣環境的條件下,依靠合理的電磁設計、利用低損耗導磁材料、專用絕緣材料,配合特殊的線圈制作工藝,確保電機可長期適應逆變器轉化電壓400V/690V電源下,可靠穩定運行,滿足海洋風電行業對零部件的特殊要求。海洋風電專用輔助電動機的設計壽命為30年,啟動性能好,過載能力強,能滿足頻繁啟動和正反轉交替運行的要求;定子繞組采用真空壓力兩次浸漆,電氣性能具備耐受3400V高壓的強烈沖擊能力,可承受短時10min,1.3倍額定電壓下連續運行的電流沖擊。海洋風電專用輔助電動機的機械連接采用特殊的機械結構和絕緣結構設計,可承受1.5倍額定轉速的超速運行,機械結構不出現損壞。并可滿足電機在-40℃～+45℃的環境溫度范圍內可靠工作,多種安裝方式和輔助配置供選擇。海洋風電專用輔助電動機的整機采用特殊防護漆,進行三層、五遍防護噴涂,具有抗鹽霧腐蝕能力,能夠在海洋環境下的高濕熱,鹽霧濃度大的地區長期持續穩定運行。根據使用環境和保護控制需要,可加裝防冷凝加熱帶和熱敏電阻或熱敏開關,用于電機的防潮和過熱保護,提高電機使用運行的可靠性。

為保障海洋風電專用輔助電動機使用運轉的可靠性,主要在零部件的材質選擇,繞組線圈的絕緣強化處理和運行控制監測保護三個方面,對電動機進行優化設計和強化制造。(1)主要部件原材料的材質選擇,海洋風電專用輔助電動機定、轉子沖片材質采用優質50×W600冷軋無取向硅鋼片,可減少鐵心損耗,提高電動機效率。漆包線采用QP-2/200耐電暈電磁線,繞組包繞絕緣材料采用H級或F級,引接線用H級專用電動機引線,提高電動機繞組的溫度限值。(2)絕緣工藝強化,定子繞組進行兩遍真空壓力浸漆,增強定子繞組的絕緣性能,提高繞組和絕緣材料的防霉變和抗濕熱能力,提高電機繞組整體的導熱性,降低電機的運行溫度,消除電機繞組位移引起的絕緣磨損。增強電機繞組適應海洋環境的能力,消除潮氣、化學氣體和其他污物侵入絕緣內部而造成的絕緣損壞。(3)控制系統的監測保護,出線端三相繞組嵌裝一套H級的三芯串聯PTC熱敏電阻,同時,根據電機的機座號,安裝一套與之對應規格的防冷凝加熱帶,PTC熱敏電阻起到過熱保護作用,防冷凝加熱帶可在電機停轉時,送電運行,防止電機內部形成冷凝積水,損害電機繞組絕緣,保證電機的絕緣性能始終處于良好狀態。熱敏電阻和加熱帶固定在定子繞組端部,和定子繞組同時進行兩遍真空壓力浸漆。

為提高海洋風電專用輔助電機的軸承壽命,前、后軸承使用進口耐高低溫軸承,全部同等加大。前、后端蓋的材質提升,軸承室同等加固,軸伸端的軸承使用軸承內蓋固定,后軸承內增加防蠕動的“O型圈”。采用獨特的公差配合與裝配工藝保護軸承,延長軸承的使用壽命。在設計時增大電氣裕量,提高電機的抗過載能力,輕松應對高低電壓穿越、浪涌等電氣沖擊。獨有的定轉子槽型,海洋風電電機可以低溫啟動。獨特的接線盒,海洋風電電機的電氣間隙與爬電距離可以適應海拔5000m及其以上的要求。

2 海洋風電專用輔助電動機的電氣安裝和調試

海洋風電專用輔助電動機根據設備所需功率、轉矩、轉速要求選擇安裝,最大功率可達37kW,同步轉速750～3000r/min,分單速和雙速兩個系列,電氣安裝和控制線路存在較大差別,電氣接線時應注意按接線圖正確連接。單、雙速電機均可用于海洋風電系統中的輔助設備,如散熱風機、制冷空調,傳動潤滑,偏航調節等發電機輔助設備。電動機電氣安裝時按銘牌上規定電制和對應的接法進行接線,所配空間加熱器接線標志為R1、R2或HE1、HE2。加熱器電源一般為單相AC200～240V。電動機所配熱敏電阻接線標志為f1、f2或TP1、TP2。電動機與電源連接時,應選擇與電動機的額定電壓、電流相適應的多芯電纜和接線端子進行連接。電源引入電纜外徑與填料函所用的電纜外徑相符。引入接線盒的電纜芯線分別接在接線端子上,用壓緊螺母、金屬墊圈等緊固,防止電纜松脫。接線完畢后應檢查盒內有無雜物、灰塵,確保引出線按接線圖正確接線;電動機接線盒內設有安全接地螺栓,接地用引線接在接地螺栓上,與電源連接的電氣接線主要部件-接線盒的安裝如圖1所示。

圖1 海洋風電輔助電動機的電氣連接部件-接線盒

一般海洋風電專用輔助單速電動機的繞組有6根引接線,分別標示為U1、V1、W1,U2、V2、W2;雙速電動機繞組也有6根引接線,分別標示為1U、1V、1W,2U、2V、2W,引出線按接線盒上接線圖標明的接法接線。接線完成后,進行空載試運轉,如發現電動機的旋轉方向與所要求的旋轉方向相反,可停機將同組電源線任意兩根換接,以改變電機的旋轉方向。電動機第一次試運轉的轉速達到額定值時,停機檢查,觀察各機械聯接部分有無松動及碰擦,進行必要的調整及修復,然后再空載運行2～3h,運轉中如發現任何不正常現象或響聲時,立即停機檢查。空載試驗完成后,注意觀察軸承有無發熱及漏油現象。空載運轉正常的電機,可進行實際負載運轉。電動機在實際負載運轉中,應繼續觀察其起動情況,運行時的聲音是否正常,實際負載電流是否超出銘牌上的規定值,運行0.5～1h,再停機檢查電動機各機械連接部分有無過熱及漏油,定、轉子有無相擦等情況,如無異常,可正式運轉使用。

3 海洋風電專用輔助電動機的維護和檢修注意事項

為消除電動機事故隱患,保障運行質量,電動機應定期進行檢修,一般3個月檢修一次,每年大修一次。檢修時應清除機體的積塵、污垢,保持接線板清潔,以免積塵受潮,產生爬電。測量電動機線圈的絕緣電阻,檢查接頭、接地線、各緊固零件及傳動機構的聯接等是否松動,消除存在的缺陷。大修時應將電動機拆檢,注意檢查線圈和端部綁扎是否完好,清潔機體內外積塵,檢查電動機的軸承磨損情況及更換新潤滑脂。電動機油封或密封圈老化變質時,應及時更換。在檢修和維護完成后,進行安全及性能檢查,確保電動機性能符合規定要求后,再送電運轉。電動機使用過程中應定期檢查和清掃,防止受潮或異物進入機體內部,避免雜塵堆積。電動機運轉時,應經常記錄有關儀表及溫度計讀數,運行期間的檢修情況。同時做好故障處理記錄,供后續維護及檢修時參考。海洋風電專用輔助電動機的軸承允許溫度不得超過80℃。如果軸承損壞或游隙值超出標準值,應及時更換軸承。

4 結語

隨著風電發電市場的擴展,風力發電的應用領域和裝機容量逐年擴大,特別是海洋風電的長足發展,對風力發電及其輔助設備提出更高要求。海洋風電專用輔助電動機承擔著為海洋風電發電機的潤滑、冷卻和偏航系統提供動力的有力保障,電機一旦出現故障,將嚴重影響發電機組的正常運行。由于在高空作業,維修成本和機組停轉所造成損失非常大。為確保風機的正常運轉,提高海洋風電電動機對高空環境的適應能力,運轉的可靠性。海洋風電輔助電動機的電氣安裝調試和運行維護作為電動機可靠運行的重要保障,必須嚴格按程序和要求執行。