党照宇 张海林

【摘 要】通过近两年深入分析机组（某批次）发电机的故障原因，有针对性、逐批次的提出解决方案，经过一年多的试运行，取得了积极的效果。

【关键词】华锐；集电环；发电机

一、实施原因分析

根据对2017—2018年华锐1.5MW风力发电机故障统计分析，近两年中，集电环故障占总故障率的55.2%（其中集电环打火占集电环故障的90%），轴承故障占总故障率的32.8%，转子等其他故障占12%。

1、针对转子等其他故障。主要原因在于前期本部生产的部分电机，个别工人操作意识不强，引线防护或浸漆等环节处理不好所致，后期已做整改。

2、针对集电环故障。主要可能原因有碳刷接触面积未到到要求，碳刷不预磨或维护不到位及部分集电环本身质量问题导致。

3、轴承故障。产生轴承故障的可能原因有：一是轴承电蚀。现象：可在轴承内外圈形成搓板纹，如图1所示。原因：发电机与变频器相连，从变频器输出的三相电压是一系列的矩形脉冲，不是真正的正弦波。三相电压的总和不为零，就形成了共模电压，造成电蚀轴承。

二是缺损和破裂。现象：轴承内、外圈以及滚动体部分破损。原因：油脂不干净；有异物进入轴承；不正确的装配方法。

三是生锈和腐蚀。现象：轴承内、外圈和滚动体表面生锈，严重时有腐蚀现象。原因：轴承进水或腐蚀性物质（如酸性物质）或空气中的水分凝结到轴承里。

二、整改方案

根据IEC 60034-25标准的推荐，以及结合多年生产实际经验，可以通过以下方案解决上述问题：

1、第一批次

针对第一批次佳木斯总部生产的发电机，本着尽量在杆上处理的原则，制定以下维护及检修方案：

1）检测定、转子三相直流电阻是否平衡

（a）定子电阻

定子各线端间的阻值与3个线端电阻的平均值之差应不大于1.5%。

（b）转子各线端间的阻值与3个线端电阻的平均值之差应不大于2%。

如若超出上述值，应看现场情况，如若无法继续检测以发现问题所在，则需下杆处理。

2）检测电机定、转绝缘电阻值

发电机绕组的绝缘电阻在冷态时，应不低于5MΩ；发电机绕组的绝缘电阻在热态时，应不低于下式计算数值：

式中，R为发电机绕组的绝缘电阻，单位为兆欧（MΩ）；U为发电机绕组的额定电压，单位为伏（V）；P为发电机额定功率，单位为千瓦（kW）。

如果兆欧表读数小于上述公式计算值，其原因可能是线圈受潮所致，可用下列形式烘干：

a）热空气烘干；

b）防冷凝空间加热器烘干；

c）线圈通电烘干（已被水浸泡的电机不能使用这种方法）；

绝缘烘干温度为120℃，要慢慢地加热，应先用90℃烘干大约6小时（以防止蒸汽进入线圈）。然后再慢慢升温到120℃；

在加热前，应先测绝缘电阻，此后每2至3小时测一次，观察绝缘电阻变化情况。若绝缘电阻仍不能达到标准范围，则需下杆处理。

3）检测集电环及接地碳刷工作情况

包括检测接线是否正确、信号是否畅通，报警开关的工作状态是否正常。当发现电刷长度有少于总长30%的，需进行电刷更换工作。更换新电刷时，为了保证负荷分配的均衡性，原则上应全部一起更换。但考慮到经济性，剩余长度超过总长50%的电刷可以不用更换，即剩余长度少于总长50%和磨耗到限的电刷应全部更换成新电刷。新增电刷必须进行接触面（电刷与滑环接触弧面）研磨处理，以避免接触不良引起打火，接触面积不得少于总面积的80%。具体研磨操作方式为：研磨时把砂纸（00号玻璃砂纸）背靠集电环表面，砂面朝向电刷，让砂纸背面紧贴在集电环表面进行手工来回抽动砂纸操作，当电刷接触面达80%以上被砂纸研磨时则研磨完成。

另外，需检测集电环表面是否粗糙，电蚀，如若发上上述情况则需对集电环进行维护、打磨。如果无法打磨，则需要更换集电环。

4）检测电机轴承是否存在电蚀现象

检测时需对伸端、尾端轴承同时进行检测，如若发轴承电蚀（见图2），需更换轴承。

2、第二批改造方案

第二批次电机相对第一批次，转子工艺得到了彻底地改进，对于该批次电机主要解决轴承接地问题。因此针对第二批次电机，我司采取措施的基本原则为：首先检测轴承，根据结果确定是否更换，然后增加装接地，同时对电机整体进行系统的检查，根据实际情况进行相应处理，具体操作指导见附件，相关技术分析及工作内容见前文。

1）轴承故障判断

轴承状态检测主要通过机组运行时轴承温度、振动、噪音三个维度进行判断，同时结合工程师经验确定是否对轴承进行更换。

2）接地系统

采用适宜的接地系统是解决高频轴承电流的基础，通过适宜的接地系统可以有效的消除高频轴承电流中的转轴接地电流、电容性放电电流。

针对第一、二批次及未增加接地系统的电机，在原发电机绝缘轴承、非轴伸端带接地碳刷的基础上，在轴伸端也增加接地碳刷。

采用此种结构后，如果转轴上存在电流，电流也不会在图3所示的红色通道内形成回路，对轴承造成损伤，而是通过图3所示的绿色通道把电流释放到系统的接地装置中，避免电流流过轴承，从而起到改变轴承电流回路、释放轴电流的作用。

三、改造效果

1、设备稳定运行。通过技术整改和综合治理后，2018年，华锐的风力发电机的集电环故障占总故障率的12%，同比降低43.2%；轴承故障占总故障率的5.8%，同比降低27%。

2、经济效益显著。2018年，所属机型直接降低维修费用300万元，提高发电量1000万千万时。为公司经济运营和盈利能力均起到了积极的贡献。

作者简介：

党照宇（1971.12）男，汉族，内蒙古呼和浩特市人，哈尔滨工业大学，大学本科，工程师，就职于内蒙古华电新能源分公司。

张海林（1984.08）男，汉族，内蒙古呼和浩特市人，渤海大学，硕士研究生，工程师，就职于内蒙古华电新能源分公司。

（作者单位：中国华电）