1.5MW双馈风力发电机使用及维护

1.2.1 电磁数据
➢ 发电机类型：交流异步双馈发电机 ➢ 极数：4 ➢ 额定输出功率：1551kW ➢ 额定定子输出功率：1299kW ➢ 额定转子输出功率：252kW ➢ 定子额定电压：690V ➢ 转子开路电压：1870V
➢ 转子开路电压：1870V ➢ 额定转速：1750r/min ➢ 工作转速范围：1000~2016r/min ➢ 功率因数：＋0.95~－0.95 ➢ 定子效率：97% ➢ 接法：Y ➢ 转子接法：Y
注：n1为发电机的同步转速。
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1.1 双馈型风电机组构成及原理
当双馈发电机输出的有功功率和转速保持恒定时，调节转子励磁电流可以调 节无功功率，控制功率因数。
当处于“欠励状态”时，定子电流Is超前于电网电压Us，定子电流中有超前 的无功分量，发电机的输出中，有超前的无功功率；当从某一欠励磁状态开始增 加转子励磁电流时，发电机输出的超前无功功率开始减少，从而定子电流中超前 的无功分量也开始减少；达到正常励磁时，无功功率变为零，定子侧电流中的无 功分量也变为零，此时cosφ=1；如果此后继续增加转子励磁电流，将进入“过 励状态”，定子电流Is滞后于电网电压Us，定子电流中有滞后的无功分量，发电 机将输出滞后性的无功功率，随着转子励磁电流的增加，定子电流中滞后的无功 分量也增加。
➢ 平衡等级：G2.5
➢ 环境运行温度：－30℃~＋40℃
➢ 绝缘等级：H
➢ 环境生存温度：－40℃~＋50℃
➢ 转动惯量：69kgm2
➢ 电机总重量：7t
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1.2 双馈风力发电机的结构
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2.吊运、安装、调试、运行、拆卸和装配 2.1 随机备品及附件 2.2 吊运、安装、调试及运行 2.3 拆卸和装配
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2.1 随机备品及附件
➢ 产品使用维护说明书一份。 ➢ 产品合格证书一份。 ➢ 绕组及测温元件接线布置图一份。
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1. 双馈风力发电机的结构及运行原理
1.1 双馈型风电机组的构成及原理 1.2 双馈风力发电机的结构 1.3 双馈风力发电机的等效电路
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1.1.3 双馈发电机的特点
由于定子直接与电网连接，转子采用变频器供电，因此，系统中的变频器容量仅 取决于发电机运行时的最大转差功率，一般发电机的最大转差率为25%~35%，因 而变频器的最大容量仅为发电机额定容量的1/4~1/3。这样，系统的总体配置费 用就比较低。 具有变速恒频的特性。 可以实现有功功率和无功功率的调节。
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1.1 双馈型风电机组构成及原理
该系统由双馈风力发电机(DFWG)、变流器、变压器、风机、滤波器等部分组
成。其中，DFWG的定子和电网采用硬耦合，DFWG的转子经变频器再与电网相连。
双馈发电机的定子绕组接工频电网，转子绕组由具有可调节频率、相位、幅值和
相序的三相电源励磁，采用双向可逆专用变频器。双馈发电机可以在不同的风速
1.2.2 结构特点
➢ 发电机防护等级为IP54，发电机的集电环外壳防护等级为IP23。 ➢ 发电机为双馈、绕线式异步发电机，双绝缘深沟球轴承卧式安装结构（IMB3）。 ➢ 电机内部装有3×220 W ，～220 V，50 Hz加热器绑于定子绕组端部。 ➢ 集电环外壳内装有2×180 W ，～220 V，50 Hz加热器。 ➢ 发电机内为轴-径向混合通风，上方装有空-空冷却器(IC616)。 ➢ 冷却器风机为2个，每个2.2kW，三相交流400V，轴流式风机。 ➢ 滑环冷却风机AC220V,320W离心式风机，对滑环进行通风、除尘、冷却。
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1.2 双馈风力发电机的结构
1.2.2 结构特点
➢ 从轴伸端看，电机转向为顺时针； ➢ 发电机的底脚、机座上和出线盒内，具有接地端子，并有接地符号标志。 ➢ 转子滑环装于非轴伸轴承外端，刷架通过3×M16的螺栓装于端盖外侧，并带 有二接地电刷，以防轴电流。 ➢ 滑环小轴尾端装有编码器（莱纳-林德）用于速度信号的反馈。
在这里，“短路”的概念指的是发电机的突然三相短路，“电抗”的概念指 的是发电机在突然三相短路的瞬变状态下的超瞬变电抗。这以往是在同步发电机 中需要考虑的一种过渡过程，由于在这一过程中，电流、转矩的变化较大，需要 考虑与发电机相连的电器与机械系统的承受能力，而双馈发电机的工作原理与同 步发电机有一定的相似性，因此，对双馈发电机进行短路电抗测定也开始被提及。
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1.2 双馈风力发电机的结构
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1.2 双馈风力发电机的结构
2.2.2 安装---安装前的检查
A. 检查电气连接是否符合接线图，连接是否可靠； B. 用1000V兆欧表测量发电机定转子绕组对机壳的冷态绝缘电阻，定子不应低于 10MΩ，转子不低于30MΩ。
注意：测量时由于电容影响，兆欧表缓慢上升，直至充电完毕时，读数才能 稳定；电容充电后应用导线使其放电。 C. 检查发电机转子转动不应有卡死现象和异常响声； D. 检查发电机紧固件是否松动；
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1.3 双馈风力发电机的等致电路
图2 等效电路
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1.2 双馈风力发电机的结构
1.2.2 结构特点
➢ 发电机安装倾斜角：5°
➢ 最大工作转速：2050r/min
➢ 冷却方式：IC616（带空/空冷却器） ➢ 最大转速：2400r/min
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1.1 双馈型风电机组构成及原理
1.1.4 双馈发电机考核的关键点
A. 工作特性 空载特性测定 负载特性测定（包括转子绕组短路状态下异步发电机的固有特性和转子 绕组由双向逆变器供电状态下的调节特性） 效率计算和特性曲线绘制 B. 温升考核 cosΦ=1 cosΦ=±0.95 C. 一般电机试验项目 绝缘介电性能、噪声、振动、超速、转动惯量等
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1.2 双馈风力发电机的结构
1.2.2 结构特点
➢ 发电机为圆柱形无键单轴伸。 ➢ 在定子绕组中安装有六个PT100测温元件（每相两个，一用一备）对发电机定 子绕组的温度进行监控；冷却器进出风口空气装有PT100（共2个）。 ➢ 发电机轴伸端与非轴伸端的轴承均为6330M/C3VL2071(SKF)；轴承润滑脂牌 号:Mobilith SHC100发电机两端盖均装有轴承测温元件WZP2M-201端面铂热电阻 双支Pt100（共2个），用以监控轴承温度，不得超过95℃。 ➢ 两轴承外盖均装有机械加油装置和抽拉式的排油装置，预留了定转子避雷器安 装位置和自动加油孔； ➢ 从轴伸端看，定、转子出线盒装于电机右侧；
p为电机的极数； nr为双馈发电机的转速； f2为转子励磁电压频率。 由上式可知，当转速nr发生变化 时，若调节f2变化，可使f1保持恒定不 变，实现双馈发电机的变速恒频控制。
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网侧变 流器
直流电容
网侧滤波器
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1.1 双馈型风电机组构成及原理
变速恒频双馈发电机运行时电机转速与定、转子绕组电压频率关系的数学表 达式：f1=（p/120）×nr±f2 式中：f1为定子电压频率；
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1.1 双馈型风电机组构成及原理
D. 其它 ➢ 短路电抗测定
鉴于目前国际上对此还没有一个具体的测定方法，所以，我们至今也没有看 到一个具体测定的实例。如果参照同步发电机测定短路电抗的方法，在试验条件 和操作性方面，还有一些具体问题需要解决。 因此，以上两项，目前只能作为研究项目，尚不能进行正式的考核。
下运行，其转速可以随风速的变化做相应调整，使风力机的运行始终处于最佳状
态，提高了风能的利用率。同时，通过控制馈入转子绕组的电流参数，不仅可以
保持定子输出的电压和频率不变，还可以调节输入到电网的功率因数，提高系统
的稳定性。
风机
图1 变速恒频双馈风 电机组的系统原理图。
DFWG
母线 变压器
转子侧 转子侧滤波器 变流器
因此，欠励磁时功率因数超前（容性），过励磁时功率因数滞后（感性）。 双馈发电机具有与同步发电机相似的无功功率调节特性曲线（即“V”形曲线） 。
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1.1 双馈型风电机组构成及原理
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1.1 双馈型风电机组构成及原理
D. 其它 ➢ 输出电能质量
由于电网本身质量的影响因素和发电机转子绕组所接双向逆变器非正弦电源 的影响因素不易排除，因此，对双馈发电机输出电能的质量很难有个准确合理的 界定，此项性能的考核方法还有待商榷。 ➢ 短路电抗测定
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1.1 双馈型风电机组构成及原理
1.1.1 亚同步发电运行
nr ＜n1时 ， （即 0＜S＜1）
f2取正号，如果忽
略各种损耗，则发电机的能量关系为：
P电磁=P机械+P转差
P上网=P电磁
（定子馈电，转子由变 频器提供励磁）
1.1.2 超同步发电运行
nr ＞ n1时，（即 S＞1） f2取负号，如果忽略各种损耗，则发电机的能量关系为： P机械=P转差+P电磁 P上网=P转差+P电磁 （定子馈电+转子馈电）
2.2 吊运、安装、调试及运行
2.2.1 吊运
A. 利用电机两端板的四个吊攀孔可吊运电机。 B. 吊运电机时，应防止磕碰，有掉漆情况应及时补刷漆，防止电机生锈。
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2.2 吊运、安装、调试及运行
1.5MW双馈风力发电机 使用及维护
湘电集团有限公司 尹曾锋
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1. 双馈风力发电机的结构及运行原理 2. 吊运、安装、调试、运行、拆卸和装配 3. 故障分析和处理方法 4. 维护保养 5. 保管