劉敏　劉貴平　劉坤杰

摘 要：本文結合實際，從雙饋異步風力發(fā)電機組運行實際出發(fā)，分析了雙饋異步風力發(fā)電機組中發(fā)電機產(chǎn)生集電環(huán)打火的原因及其預防措施，通過實施可靠的預防的方法達到發(fā)電機集電環(huán)的安全、可靠、高效運行，進而提高機組的經(jīng)濟效益。

關鍵詞：集電環(huán)；風電場；風力發(fā)電機組

一、 引言

隨著我國風力發(fā)電事業(yè)的快速發(fā)展，我國風電機組裝機容量不斷增大，據(jù)統(tǒng)計2014年，全國（除臺灣地區(qū)外）新增安裝風電機組13121 臺，新增裝機容量23196MW，同比增長44.2%。但是隨著時間的推移，機組日趨老化，機組發(fā)電機集電環(huán)出現(xiàn)打火現(xiàn)象更為普遍，如何采取有效地預防措施減少和杜絕集電環(huán)打火，使機組安全可靠運行已成為值的探討的話題。

本文針對雙饋異步風力發(fā)電機組中風電機組運行的實際情況對集電環(huán)打火進行了詳盡的分析并給出了相應的預防措施，在一定程度上預防了打火的產(chǎn)生。

二、 風力發(fā)電機簡介

風力發(fā)電機是通過葉輪吸收風的動能轉(zhuǎn)換為齒輪箱旋轉(zhuǎn)的機械能，再由發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)換為電能。

三、 雙饋異步風力發(fā)電機組發(fā)電機

雙饋異步風力發(fā)電機組發(fā)電機由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋、軸承、滑環(huán)室等部件組成。

（一）風力發(fā)電機滑環(huán)室的構成

滑環(huán)室由集電環(huán)、碳刷架、風扇、排碳孔等部分構成。

集電環(huán)也叫導電環(huán)、滑環(huán)、集流環(huán)、匯流環(huán)。風力發(fā)電機組集電環(huán)由三個絕緣滑環(huán)和一個沒有絕緣的軸接地滑環(huán)組成。發(fā)電機轉(zhuǎn)子通過集電環(huán)與外界相連接，實現(xiàn)固定位置到旋轉(zhuǎn)位置電力能量的傳輸。滑環(huán)能夠提高系統(tǒng)性能，簡化系統(tǒng)結構，避免導線在旋轉(zhuǎn)過程中造成扭傷。

風電機組使用碳刷架將碳刷固定，通過壓指使碳刷與滑環(huán)緊密接觸，實現(xiàn)電能量的傳輸。這部分能量的傳輸在風電機組運行發(fā)電的過程中至關重要，是實現(xiàn)機組并網(wǎng)發(fā)電的關鍵一環(huán)。

發(fā)電機集電環(huán)的打火引起電能量傳輸不穩(wěn)定或使碳刷磨損過快，使得機組運行不穩(wěn)定。

（二）機組集電環(huán)打火的常見誘因

集電環(huán)是發(fā)電機轉(zhuǎn)子勵磁電流的承載體，作為高速滑動的接觸部件，其在運行中打火現(xiàn)象比較普遍，嚴重時引發(fā)環(huán)火，直接導致機組停機事故。

引發(fā)發(fā)電機集電環(huán)打火事故的因素有：

1、碳刷質(zhì)量不良，過熱時碳刷容易碎裂，大量碎屑導致碳刷與集電環(huán)之間拉弧；

2、集電環(huán)冷卻風進風口濾網(wǎng)堵塞，空氣量減小，影響集電環(huán)表面冷卻效果；

3、發(fā)電機軸承密封損壞潤滑脂泄漏，導致碳粉排出不暢，油氣與碳粉混合物污染滑環(huán)環(huán)室；

4、碳刷監(jiān)控信號未動作或短接，碳刷過短導致碳刷金屬部分接觸，產(chǎn)生拉弧現(xiàn)象；

5、碳刷不匹配原因?qū)е码娏髌?，導致集電環(huán)打火；

6、發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組三相電流不平衡導致集電環(huán)打火；

7、碳刷與集電環(huán)表面接觸不良，集電環(huán)表面及碳刷組件過熱；

8、集電環(huán)本身質(zhì)量不良，絕緣電阻不達標，運轉(zhuǎn)過程中絕緣減弱造成局部放電。

9、發(fā)電機軸承振動導致碳刷與集電環(huán)接觸不良，導致集電環(huán)打火；

10、刷架壓指壓力不足，導致接觸不良引發(fā)拉弧現(xiàn)象；

（三）機組集電環(huán)打火的預防措施

定期的維護檢查是減少和杜絕集電環(huán)打火的有效措施，一般滑環(huán)的維護周期為6個月，使電機處于靜止狀態(tài)，用軟刷子仔細清潔滑環(huán)的槽和中間空間，用不帶纖維的軟布或沾濕丙酮清潔所有部件，用工業(yè)真空吸塵器徹底清潔滑環(huán)室，清潔之后檢查滑環(huán)室絕緣，一般要求大于500兆歐。針對上文引發(fā)集電環(huán)打火的誘因給出以下預防措施：

1、在使用碳刷時使用質(zhì)量合格，并有良好企業(yè)信譽的廠家產(chǎn)品，如在機組巡檢過程中發(fā)現(xiàn)碳刷存在邊緣碎裂的現(xiàn)象，應及時更換，并及時對碳刷進行質(zhì)量檢驗。杜絕使用不符合要求的碳刷。

2、定期更換滑環(huán)室過濾器毛氈，防止大量碳粉積存，影響空氣流動，減弱熱交換，一般過濾器應每年更換一次。

3、定期清理發(fā)電機軸承廢油脂，防止廢油脂堵塞油路造成軸承密封損壞潤滑脂泄漏，當發(fā)現(xiàn)存在油脂外泄時應及時清理廢油脂，疏通原有油路，并進行密封的處理。

4、定期排查滑環(huán)室碳刷監(jiān)控的觸發(fā)情況，對損壞的行程開關進行更換，對長度少于1/3的碳刷進行更換處理。合理的調(diào)節(jié)刷架與集電環(huán)之間的距離，防止運行過程中產(chǎn)生干涉。

5、在更換長度少于1/3的碳刷時，應選用與其他組型號，廠家相同的碳刷，原則上應全部更換。因為不同廠家的碳刷其硬度，額定電流密度、電阻率等相關參數(shù)不同，導致在運行中電流的不平衡。

6、碳刷與集電環(huán)表面接觸不良導致集電環(huán)打火是較為常見的誘因，造成表面接觸不良的原因有：

（1）更換碳刷時未進行研磨，碳刷與集電環(huán)表面接觸未達標。一般情況下在安裝前應進行預磨，預磨應按照電機旋轉(zhuǎn)的方向進行，開始使用粗纖維，后期使用細砂紙進行精磨，反復研磨直到電刷與集電環(huán)接觸面積達到80%以上。

（2）發(fā)電機軸承振動劇烈使得高速旋轉(zhuǎn)時，發(fā)電機電刷與集電環(huán)在震動時兩者分離，造成拉弧現(xiàn)象，進而導致集電環(huán)打火。如在日常巡檢時發(fā)現(xiàn)發(fā)電機軸承噪音大，溫升異常，均應加強發(fā)電機檢查，若發(fā)電機軸承已磨損嚴重，應及時更換發(fā)電機或發(fā)電機軸承。

（3）發(fā)電機刷架壓指壓力不足，使得接觸面貼合不穩(wěn)定，造成拉弧現(xiàn)象，一般壓指提供P=20kPa+20%～70%的正常壓力，通常采用彈簧稱和測力計來校核。

（4）碳刷在刷握中發(fā)生卡塞，導致碳刷不能及時補給，造成接觸面貼合不良，要求在日常巡檢中，檢查碳刷的靈活性，發(fā)現(xiàn)存在卡塞現(xiàn)象，應及時更換或修型刷握，及時更換碳刷。

7、使用合格的集電環(huán)是保證發(fā)電機安全可靠運行的前提。在使用重新修磨的滑環(huán)時，應注意修磨時盡可能不要磨掉光澤層，光澤層可使碳刷接觸良好。

綜上所述良好的日常巡視及專項排查是杜絕和預防集電環(huán)打火的有效措施，發(fā)電機的可靠運行是機組可靠、安全和經(jīng)濟運行的基礎。

四、 結束語

隨著風力發(fā)電機組風力機組規(guī)模的不斷擴大投運時間的加長，機組老化必然會引發(fā)一些機組缺陷的產(chǎn)生，而發(fā)電機集電環(huán)打火等缺陷已成為影響機組可利用率、機組經(jīng)濟運行的因素之一，如何在日常檢修過程中采取有效地措施，使得機組經(jīng)濟、可靠運行已成為我們值的思考的問題。

參考文獻：

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