双馈式风电机组接地方式改造浅析

刘建伟　赵学如

摘 要：简要介绍了双馈式风电机组的运行情况，阐述了双馈式风电机组接地改造技术，有效保证了风电机组的运行，以期为日后的相关工作提供参考。

关键词：双馈式风电机组；风电场；接地改造技术；接地装置

中图分类号：TM315 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.24.069

1 双馈式风电机组的运行情况

自我国大部分陆上式风电场双馈式风电机组投运以来，经常出现发电机轴承被损坏的情况。从损坏程度来看，除去轴承本身的质量问题和发电机润滑不良等因素，发电机轴电流的产生是导致发电机轴承受损的主要原因之一。

在双馈式风电机组的运行过程中，转子会因为电磁感应而形成轴电压。当轴电压达到一定程度后，它能够击穿油脂形成轴电流。轴电流对风电机组轴承的损坏极大，极易导致润滑油脂失效，并在轴承轨道上形成麻点甚至搓板纹，进而阻碍轴承的正常运行。这是导致风力发电机轴承被损坏的主要原因之一。过去，预防轴电流的方法就是在设计、制造轴承时，在轴承与轴承座之间加一层绝缘板（或采用电绝缘轴承）阻断轴电流流通，同时，在转轴上加装接地碳刷，及时消除轴电压。目前，风电场采用的是电绝缘轴承，并在其非驱动端加装接地碳刷，以消除轴电流。

过去，部分风电场制定了专项技术措施加大对发电机接地碳刷检查和维护的力度。其主要的检查和维护手段包括：①接地环清洁程度检查。接触面要平整、光洁，无麻点、电腐蚀和油污。②接地碳刷检查。碳刷安装方向要正确，注意碳、银双拼碳刷的方向。另外，碳刷的长度不得小新碳刷高度的1/3，而且刷握压力要符合要求，即P=20 kPa。

从目前双馈式风电机组的运行情况看，由于风力发电机在运行过程中受到的振动比较大，单纯依靠非驱动端的一组接地碳刷并不能很好地消除轴电流，所以，轴承损坏事件时有发生。

2 双馈式风电机组接地改造技术

为了改进发电机转子轴的接地效果，特提出了在发电机驱动端再增加一套接地装置的改造方案。驱动端加装接地装置的位置如图1所示。

加装接地装置有2种方案：①加接地碳刷和接地铜线。接地碳刷的优点是接触均匀、压力恒定，缺点是容易受到运行环境的影响（比如油污和振动）。目前，国内很多汽轮发电机组都是用铜编织线接地。它的优点是多点接触，运行受油污和振动的影响比较小，预防轴电流的效果显著。我国河北省邯峰电厂660 000 kW西门子发电机也改造成了这种接地方式。②在发电机驱动端增加一套不锈钢接地支架，将铜编织线（截面积为120 mm2）作为接地导线直接与轴相连。同时，将铜编织线用专用接地线（截面积为16 mm2）与发电机本体专用接地点相连（连接前将端子打磨均匀），以消除轴电流对发电机造成的影响。具体情况如图2、图3所示。

3 试验结果

拔掉非驱动端的一块接地碳刷，将另一块接地碳刷作为接地测量点。此时，发电机转轴为不接地状态，示波器录得轴电压高次谐波最大值为0.71 kV，录波时间单位为20 ns。

在非驱动端安装一块接地碳刷，将另一块接地碳刷作为接地测量点。此时，发电机利用单块接地碳刷接地，示波器录得轴电压高次谐波最大值为0.68 kV，第一次录波时间单位为20 ns。

如果将录波时间单位改为0.1 ms，即100 μs，由于精度的原因，示波器不能显示最大值。但是，因为示波器幅值量程选择了自动，所以，高次谐波最大值仍在500～1 000 V之间。

在驱动端安装一套新的轴接地铜线，非驱动端安装一块接地碳刷，将另一块接地碳刷作为接地测量点。这时，将录波时间单位精确到20 ns，示波器录得的轴电压高次谐波最大值为1.42 V。由此可知，轴电压已经明显受到了钳制。

4 结论

通过实际测试改造方案可知，如果接地碳刷接地不良（因为接地环接触不良、压力不足、机组振动等原因），其对发电机轴电压的钳制作用则非常有限。在驱动端加装接地铜线以后，接触面积增大，不受振动的影响，并且对轴电压的钳制作用也更加明显，进一步消除了轴电流，保障了发电机组的良好运行，有效提升了风电场的安全运行水平。

〔编辑：白洁〕