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直流变桨电机常见故障分析及主动维护技术方案

2019-11-21
北京合信锐风新能源有限公司
李金龙(技术部部长)
  在大型风力发电机组中,直流变桨系统在系统出现故障时,可以利用直流备电进行紧急顺桨,提供高可靠性紧急停机保护,得到了不少变桨系统厂家的青睐。在早期的1.5MW风力机组中,LUST变桨(MOOG)、SSB变桨、能建变桨均采用直流变桨电机。随着运行年限的增加,诸多风电场直流变桨系统出现故障频发问题,给运行维护带来很多不便,增加了运维成本。下面结合我公司变桨系统主动维护案例经验,介绍直流变桨电机维护注意事项:
  1、直流变桨系统原理介绍
  直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子,定子的主要作用是产生磁场,由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子,其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势,是直流电机进行能量转换的枢纽,所以通常又称为电枢,由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。
图1-1:直流电机结构图
  直流电动机的工作原理就是靠换向器配合电刷的换向作用,使之从电刷端引入的直流电动势,在电枢线圈产生交变电动势,从而产生旋转电磁转矩。
  2、直流电机常见技术问题
  (1)换向器打火
  正常情况下电刷与换向器之间为“滑触”结构,在换相时会产生轻微电火花,不会对设备产生危害。如果换向器表面严重磨损,电刷磨损形成严重积碳,刷握压力异常,电刷位置不在物理中行线上等异常状态时,将引起严重电火花,造成换向器进一步损坏,严重情况下引起换向器绝缘击穿损坏,造成整个电机损坏。
图2-1:换向器放电示意图
  (2)电枢绕组击穿
  电枢绕组、励磁绕发生绕组短路击穿,绕组烧毁故障。通过对电机拆机发现,这种绕组烧毁情况,一般由于电机长期过载高温,引起绕组绝缘层损坏。电机过载原因包括电磁刹车不能正常打开,变桨系统机械卡死等故障。
图2-2:励磁绕组绝缘击穿图
  (3)其他故障
  在变桨系统中报出速度比较、速度超限故障,一般为测速电机或测速编码器损坏,测速电机与测速编码器器都是高精度电子器件,运行中需要注意对harting插头,以及编码器密封圈进行紧固与检查,保证接触可靠。同时要定期更换测速电机碳刷。
图2-3:变桨测速电机
  3、直流电机主动维护内容
  根据直流电机的特性,对其进行主动维护显得尤为重要。下面分享一下直流电机主动维护技术的要点:
  (1)将变桨电机外壳与主旋编处做标记线,便于维护完成后安装。对编码器haring头进行紧固。
图3-1:haring头及编码器紧固检查
  (2)对变桨电机电枢,励磁绕组进行绝缘测试,保证绝缘大于50MΩ以上,利用直流电阻测试仪测量绕组直流电阻值,并记录。利用万用表测量PT100测温电阻阻值(20℃下阻值为108Ω左右)。测试PTC热敏电阻阻值在180Ω-200Ω之间(不同型号热敏电阻可能略有不同,根据实际阻值记录判断)。
  (3)换向器进行清洁维护,维护工具中尽量使用大布、棉签、小刷,在清洁过程中要戴好口罩,防止粉末进入呼吸道,在进行碳粉清理时一定要注意换向器小沟内、轴承内的清理,在清理过程中需要使用无水乙醇辅助。在对碳刷进行维护时需测量碳刷磨损程度,如果出现磨损严重、存在灼痕的需要立即更换。
图3-2:换向器维护清洁
  (4)维护过程中拍照留存,在内侧合适位置做好标记(例如机位号+桨叶号)在下次维护中做好对比。维护结束后,按照原拆卸步骤倒退安装好电机,并用万用表测量线路与变桨电气原理图纸相符合后,可按上电要求进行上电,再做手动变桨测试,观察变桨方向和速度是否正常。
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