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干货丨浅析风力发电机组发电机故障

北极星风力发电网  来源:北极星风力发电网  作者:刘吉元  2020/1/15 10:43:55  我要投稿  

北极星风力发电网讯:风力发电机是现代化的重要产物,也是清洁可再生的绿色能源,给人类各方面带来了很多的便利,对于风力发电机来说,发电机是它的重要组成部件,发电机一旦出现故障,就会直接影响到风机的运行。因此,为了保证风力发电机的正常运行,必须要做好发电机的故障处理工作。文章从发电机常见故障分析思路,处理办法,检查方法及预防措施等方面进行探讨,为处理风力发电机组发电机故障提供有利参考依据。

关键词:发电机 分析思路 故障处理方法 防范措施

引言

随着技术的不断革新和国家政策的扶持,近年来国家大力发展风力发电,国内风电装机容量累计日渐趋于饱和,但是它的应用范围却越来越广泛。目前用于风力发电机组的发电机类型主要有电励磁同步发电机、双馈异步发电机、永磁直驱发电机和电励磁同步半直驱发电机等,永磁直驱发电机具有结构简单紧凑,电机效率高,运行范围宽、噪声小,发电质量高的优点,是极具发展潜力的发电机类型。但发电机因运行时间长,工作环境温度较高等原因使得发电机很容易发生故障,其常见的故障有发电机过速,发电机温度异常,发电机异响等。本文对发电机经常出现的故障原因进行分析,并提出了处理方法和防范措施,为早期发电机故障诊断提供判断依据。

本文以金风1500kW直驱永磁发电机为例(如图1),从常见故障分析思路,处理办法,检查方法及预防措施等方面进行探讨,为今后风力发电机组发电机稳定运行,提供有力的帮助。

图1 发电机

备注:发电机由转子、定子、转动轴、定子主轴和转子制动器等部件组成,包括磁钢、定子绕组、圆柱滚子、轴承内圈、主轴止定圈、后轴承保持支架、转轴止圈、滑环、滑环支架、发电机转速检测盘等零部件。

1、常见故障分析思路

金风的兆瓦机组在发生故障的时候可以生成故障记录文件,帮助我们来分析、判断故障。

第一步:通过风机监控(SCADA)系统,导出故障机组主控PLC中的故障文件—B、F文件(如图2),分别记录了故障前90秒和故障后30秒的数据,以b190928_1944_450.txt和f190928_1944_450.html及f190928_1944_450.txt的形式记录下来(注意:故障文件的名称代表机组发生故障的时刻和故障名称)。在b190928_1944_450.txt中记录了故障发生瞬间一些规定的数据变量的状态,在f190928_1944_450.html记录了故障发生的名称及故障时刻的一些变量的状态。

图2 机组故障时刻生成3种故障文件

第二步:利用金风数据分析V3.0软件(如图3),我们可以从B文件中分析发生故障时,机组所处的状况和机组当时发生故障的一个过程;从F文件,我们可以看出故障名称和报故障时的一些运行数据;从f190928_1944_450.txt文件可以看出故障瞬间的数据变量和机组状态。

第三步:根据故障文件分析结论,结合初步感官诊断故障现象和特征,弄清故障所属系统,电气设备的工作原理、控制原理和控制线路,确定故障范围,然后,准备相应的工器具及备品备件,故障处理效率会达到事半功倍效果。

第四步:现场处理故障时,根据经验,先排除直观、显而易见、简单常见的故障;再排除难度较高的,可以从主电路入手,依次分析各个控制回路,再分析信号电路及其余辅助回路,也可以采用互相对比法、排除法和短接法快速查找故障点。

2、发电机故障分析

发电机作为一个能够实现机电能量之间转换的系统,它的结构是由定子、转子和轴承等电气系统和机械系统组成,其总体结构较为简单。但发电机工作时,具有复杂的机电能量转换过程,在长期运行中,受供电情况、负载工况和运行环境的影响,某些部件会逐渐失效,损坏。发电机的工作原理都是基于电磁理论,主要由电路(绕组)和磁路(永磁铁)两大部分组成,其故障种类繁多,原因复杂。发电机集电气与机械部件于一体,加之处于高速运转状态中,故障征兆呈多样性,既有电气故障特性,又有机械故障特性,此外还具有隐蔽性和突发性。

2.1发电机转速比较故障

可能原因系叶轮转速接近开关损坏或接线松动;接近开关与发电机转速检测盘的距离不合适或发电机转速检测盘变形;发电机转速测量回路接线松动或保险损坏;Overspeed、Gspeed或者Gpulse模块接线松动或模块本身损坏;测量转速信号的bechhoff模块存在问题等原因。

排查方法:

2.1.1参照风机故障解释手册,观察叶轮自由旋转时,Overspeed模块上的pulse_sensor_1和pulse_sensor_2是否以相同的频率闪烁,通过就地监控(jdjk),检测转速信号的3个变量(如图4),观察检测的信号,判断接近开关是否存在问题,如有,则进行处理和更换。

图4 发电机转速比较故障解释说明

解释说明:

(1)在发电机的最大转速大于4.5rpm状态下(此时风机不是处于停机过程状态),如果发电机的3个转速值的之间的差的最大值,持续3.5s大于2rpm时,风机立即报此故障;

(2)在发电机的最大转速大于4.5rpm状态下(此时风机不是处于停机过程状态),如果发电机的3个转速值的之间的差的最大值,持续2.0s大于3rpm时,风机立即报此故障;

(3)在发电机的最大转速大于4.5rpm状态下(此时风机不是处于停机过程状态),如果发电机的3个转速值的之间的差的最大值,持续0.4s大于4.5rpm时,风机立即报此故障。

2.1.2确定Gpulse回路的保险是否损坏;检查Overspeed,Gspeed和Gpulse模块接线是否松动或存在接线错误,如有,调整或者紧固接线。

2.1.3锁定叶轮,检查转速接近开关和发电机转速检测盘的距离是否合适(距离±2mm,如图5);检查接近开关屏蔽层接地是否有问题,用金属物挡在接近开关顶部,观察其是否能正常工作。

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