關(guān)寶峰

（中廣新能源控股有限公司內(nèi)蒙古分公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 01000）

軸電流對風(fēng)力發(fā)電機(jī)危害及預(yù)防措施

關(guān)寶峰

（中廣新能源控股有限公司內(nèi)蒙古分公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 01000）

闡述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軸電流的危害，分析軸電流產(chǎn)生的原因，并結(jié)合發(fā)電機(jī)實際狀況，找出癥結(jié)，技改接地裝置預(yù)防發(fā)電機(jī)組的損害。

軸電流；發(fā)電機(jī)；接地裝置

1 軸電流對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的危害

由于轉(zhuǎn)子對地存在電阻，一旦帶電，產(chǎn)生的電流與轉(zhuǎn)軸電阻、油膜電阻、軸承座及基礎(chǔ)等外部回路有關(guān)。當(dāng)軸承油膜被軸電壓擊穿而受破壞或發(fā)電機(jī)的動靜部分發(fā)生接觸摩擦，就可能產(chǎn)生很大的電流，有時可達(dá)數(shù)千安。就會在電阻最低的絕緣處放電，產(chǎn)生電蝕，這種放電作用帶來的危害如下：

在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子表面槽楔絕緣低處融化金屬粒子，在金屬表面形成微小的電蝕凹槽。凹坑的集聚是表面變得粗糙，失去光澤，如果發(fā)生在軸承上會造成機(jī)械磨損。金屬顆粒進(jìn)入發(fā)電機(jī)軸承中，使發(fā)電機(jī)潤滑脂受到污染，使整個潤滑系統(tǒng)潤滑性能降低，而且含有大量金屬粒子的潤滑劑會降低油膜絕緣電阻，加速對發(fā)電機(jī)軸承的損壞。在發(fā)電軸承承載區(qū)會產(chǎn)生局部高溫，加快潤滑脂老化，破壞油膜，燒壞軸承滑道，曾加磨損，最終造成風(fēng)機(jī)傳動鏈振動。

2 軸電流產(chǎn)生的原因

風(fēng)力發(fā)電機(jī)在調(diào)運行后，轉(zhuǎn)子和定子鐵心間存在不平衡的氣隙，風(fēng)力發(fā)電機(jī)在高空高速運行時會產(chǎn)生軸電壓。轉(zhuǎn)子絕緣樹脂層不是平均分配，造成磁阻不等，產(chǎn)生軸電壓。靜電效應(yīng)產(chǎn)生的軸電壓是由于發(fā)電機(jī)氣息與發(fā)電機(jī)箱體摩擦引起的。雖然該電壓可能達(dá)到幾百伏，但作用在阻抗很大的回路中，屬電流源性質(zhì)，功率很小，靜電電荷經(jīng)電刷導(dǎo)入大地的電流超過80A，會損壞軸承的滑動表面，但若作用時間過長，會損壞軸承絕緣。軸向磁通經(jīng)過軸承間隙、發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)形成回路，其中，小部份流過發(fā)電機(jī)氣隙，大部份流過發(fā)電機(jī)的軸承和編碼器。這種軸向磁通和單極電動勢產(chǎn)生的軸向電流較大，會造成設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞。交變磁通與主軸和軸承回路交鏈產(chǎn)生以基波頻率為主的感應(yīng)電動勢，此電動勢在軸承上產(chǎn)生的電流，有很大的直流分量，一旦軸承絕緣損壞，此直流分量電流引起發(fā)電機(jī)軸承滑道點蝕，拆解后體現(xiàn)為滾道有搓衣板紋、有時有內(nèi)表面剝落，滾動體表面形成了很多微小的凹坑，滾動體表面發(fā)黑，軸承油脂氧化發(fā)黑。

搓衣板紋主要為高頻的共模電壓擊穿軸承內(nèi)表面油膜絕緣鍍層，瞬間對地放電導(dǎo)致，該類問題是雙饋異步電機(jī)共同存在的典型問題之一。

由于發(fā)電機(jī)運行時接地點不足，造成軸電流無法釋放，因此產(chǎn)生電腐蝕軸承，造成發(fā)電機(jī)損壞。（圖1為發(fā)電機(jī)軸承的損壞）。

圖1 發(fā)電機(jī)軸承的損壞

3 分析風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸電流不能有效導(dǎo)出的原因

（1）首先原設(shè)計接地電環(huán)較大，接地碳刷在運轉(zhuǎn)過程中，發(fā)電機(jī)每轉(zhuǎn)一周的周長較大，增加了線速度，隨之對接地碳刷的磨損也會增加。如接地碳刷磨損嚴(yán)重，不能及時更換或磨損信號被屏蔽，所產(chǎn)生的軸電流就不能被有效導(dǎo)出。

（2）對于碳刷的選擇也非常重要。導(dǎo)電性好的金屬含量高的接地碳刷導(dǎo)電性能也較好。同時，碳刷的尺寸，決定著接觸面積的大小，接觸面越大的碳刷，導(dǎo)電性能也會相對更好。

（3）如集電環(huán)存在制造工藝上的問題，與發(fā)電機(jī)延伸軸不同心，集電環(huán)的運轉(zhuǎn)軌跡出現(xiàn)橢圓情況，風(fēng)機(jī)運行時，可能出現(xiàn)碳刷跳動的情況，從而影響了碳刷和集電環(huán)的可靠接觸，導(dǎo)致軸電流不能被有效引導(dǎo)接地。

（4）碳粉的堆積，也可能引起集電環(huán)空間絕緣下降或短路電流的產(chǎn)生，引起軸電流。

4 采取措施

重新對發(fā)電接地裝置進(jìn)行設(shè)計，分別在發(fā)電機(jī)高速軸前端和發(fā)電機(jī)后端編碼器小軸上分別加裝1套小型接地裝置，不改變發(fā)電機(jī)原有的設(shè)計，進(jìn)行了接地裝置的安裝，起到良好的導(dǎo)流，降低了軸電流對發(fā)電的損害，安裝前對軸電壓進(jìn)行了測試。（圖2為軸電壓測試過程記錄）共模電壓的峰峰值為3.04kV。

圖2 軸電壓測試圖

安裝前對軸電流進(jìn)行了測試（圖3為軸電流測試過程記

錄）軸電流的峰峰值為56.8A。

圖3 軸電流的測試圖

安裝接地裝置后進(jìn)行對軸電壓電流進(jìn)行了測試，軸電壓的峰值為2.15KV,電壓降低了930V，降低幅度為30%，軸電流電流的峰峰值為12A，電流降低了42A，降低幅度為75%。

5 接地裝置的優(yōu)點

（1）引流更可靠。雙接地碳刷配合小軸，接觸面積比例更大。

（2）安裝方便。相比于在集電環(huán)室安裝接地環(huán)系統(tǒng)，此接地裝置的安裝空間更大、更容易，用材更少。

（3）節(jié)約成本。減少接地碳刷的磨損速度，使接地碳刷使用周期延長可至少延長十倍以上。

（4）更換方便。無需拆掉集電環(huán)室端蓋即可更換碳刷，如接地鋼環(huán)磨損，只需松開一顆螺栓，即可更換。

（5）便于觀察。在巡檢、定檢、消缺等工作中，可以很容易觀察到接地碳刷的磨損情況。如磨損過多，可及時更換。

6 結(jié)語

通過對發(fā)電機(jī)接地裝置的技改解決軸電流導(dǎo)出的問題，降低了軸電壓對發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的損壞，延長了發(fā)電機(jī)的使用受命。新課題需要不斷地進(jìn)行技術(shù)鉆研創(chuàng)新從本質(zhì)解決兆瓦級大型雙饋發(fā)電機(jī)軸電壓、軸電流對發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的損壞問題。

［1］姚興佳.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組原理與應(yīng)用［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

［2］葉杭冶.風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計、運行與維護(hù)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2010.

關(guān)寶峰（1981-），男，內(nèi)蒙古人，大學(xué)本科，助理工程師，主要研究方向：電氣。