贾春雁

（沈阳华创风能有限公司，辽宁沈阳　110027）

1.5MW双馈风力发电机组滑环论述

贾春雁

（沈阳华创风能有限公司，辽宁沈阳110027）

风电作为节能、安全、环保和可再生的清洁资源受到世界关注，随着技术的日趋成熟和规模效应初步显现，风电已经成为最具潜力和活力的新能源之一。从整体上看，风力发电机组可分为风轮、机舱、塔架和基础几个部分，其中风轮由叶片和轮毂组成。风轮为转动部分，即运动部分，机舱内电气件包括控制柜等为固定部分，即静止部分。在静止部分和运动部分之间电气连接至关重要，目前风电机组采用滑环作为静止和运动部分之间连接的核心部件，对风力发电机组稳定运行起关键作用。本文针对这一关键连接部件滑环进行总体介绍，并在此基础上进行扩展，增加了滑环组合部分防雷功能的介绍，对风力发电机组研发和实际应用有一定的作用。

风力发电滑环运动静止

能源是经济和社会发展的重要基础，是人类生产和生活必需的基本物质保障，也是我国现代化建设的战略重点。新能源是未来能源发展的方向，风能作为新能源重要的一部分，利用技术相对成熟，生产过程中不产生污染和无废弃物排放，且储量大，永不枯竭，是21世纪最有发展前途的绿色能源和人类社会经济持续发展新动力之一。

风电机组稳定运行尤为关键，涉及因素众多，地理环境、气候环境等自然因素，发电机组自身的故障因素等。为保证风力发电机组的稳定运行，机舱内各部件的可靠性更加尤为关键。

1　风力发电机组机舱内滑环结构组成

滑环是用来将一系统中的动力电流和电信号从静止端（定子）传输到旋转端（转子）的部件。基本上滑环主要由定子，转子和轴承组成。有些特殊情况也可仅提供滑环模块滑动刷块由用户自行组装。转子模块可由一个或多个滑环模块组成。滑环模块由主轴、经过特殊加工表面的金环、绝缘片组成。随着转子转动，装在定子上的刷块（丝）始终与模块的金属表面接触，形成电路。刷块触点由贵金属合金刷制成。刷块经过特殊设计与模块保持一定的压力，以此来保证滑环的长寿命和连续稳定的信号传输。

滑环定子和转子之间可以通过插座插头，电缆，终端盒，焊接金属线或者其它电器元件连接。这些连接器通过在滑环的内部线缆连接着模块和刷块。就应用范围来说，电滑环还可以集成在用于传输液体和气体等介质的旋转连接器上。也可以集成单通道或多通道光纤旋转传输装置。在这种情况下，滑环需要一个有贯通内孔。滑环本身并不能实现某种机械功能，其功能主要是实现电信号，电流，液压或气压等介质以及光信号的传输。

2　机械设计

根据不同机型风机可以定制不同尺寸滑环，以1.5MW双馈风机为例。

滑环安装在风机机舱内齿轮箱侧，滑环定转子两侧可以安装阻燃尼龙锁紧头或者金属锁紧，用于固定电缆；滑环本体配置U型拔叉和固定杆，固定杆的长度根据安装时实际需要配置。滑环可以配置编码器，与滑环本体相连，根据不同风机要求来测量相应转速。

根据齿轮箱接口尺寸确定滑环接口尺寸。由于不同机型机舱内滑环安装位置不同，根据不同机型风机确定滑环主体尺寸大小。

3　电路设计

目前，风机滑环主要是传输电信号，其中包括动力电源，控制电源和通信电源信号。以1.5MW双馈机型为例可以分为AC400V电源通道、AC230V电源通道、DC24V电源通道、DC24V信号电源通道、通讯通道这几部分。每部分通道对应电压电流根据机型容量大小进行定制选择。如果测量转速，可以附加编码器用来测速，此为可选件。在此基础上，滑环出厂前需要进行出厂试验检测，包括阻值检测、耐压绝缘检测、防护等级试验、高低温试验、振动试验、负载试验等。若附加编码器，需进行编码器检测，每个编码器需要在专用工装上检测其波形是否正确。

4　防雷击组合滑环

此滑环在基本滑环基础上增加一防雷功能，因为轮毂连接桨叶，轮毂旋转过程中桨叶会到达整个风机的最高点，而往往最易受雷击的部分就在此处。受风机安放地点环境的限制，避免不了会遇到雷击，所以可以考虑在滑环处连接防雷部件，通过防雷部件与轮毂内的防雷电缆相接，防雷部件上设有接地电缆，通过接地电缆把雷电流导入大地。

组合滑环包括桨叶、轮毂被雷击中时的接地电流传输。为变桨系统提供动力电源，把变桨系统中安全保护的重要信号反馈给主控以及主控系统向变桨系统传送信号。组合滑环结构上分为两部分，前端为防雷滑环，实现轮毂、桨叶的雷电导通，由碳刷、刷握、恒压簧、滑环、主轴组成。后端为变桨滑环，提供变桨动力电源通道、安全保护信号通道、主控与变桨通讯通道。

防雷击组合滑环具体实施为防雷部件为一导电体，包括导电柱、导电固定支架、碳刷及接地电缆，所述导电柱与轮毂内的防雷电缆连接于轮毂连接轴与滑环本体间的连接法兰处，在连接法兰设置防雷电缆接插件，轮毂内的防雷电缆连接在防雷电缆接插件一端，导电柱连接在防雷电缆接插件的另一端。

此防雷击组合滑环在普通变桨滑环基础上增加防雷滑环部分，当桨叶和轮毂遇到雷电冲击时，通过防雷滑环连接到轮毂内的防雷电缆会有效平滑的将桨叶轮毂雷电信号导入大地，实现轮毂、桨叶防雷接地的连接，避免了风机受损，延长风机的寿命。

5　滑环的维护

滑环每运行三年或转动一定转数（根据不同厂家转数不同），都要进行滑环的检查和维护工作。

滑环维护需要一个干净的环境，不可直接在风机上直接对滑环进行维护！根据厂家出具维护步骤进行维护。如果发现严重状况，需退回工厂维修。

长期闲置的滑环，每六个月要用手盘转滑环50圈，以防止接触点表面氧化。

滑环的大修，滑环运转10年后或转动一定转数（根据不同厂家转数不同），需要彻底检修（即大修），可退回制造商工厂大修。

6　结语

随着我国经济和科技的快速发展，在国家政策的大力扶持下，我国的风电事业不断发展。然而，我国的风力发电机组在日常运行中会受到一些因素的影响，因此保证发电机组风机的稳定性至关重要。对风机各部件完善研发有待进一步的升级探讨。机舱内滑环对风机稳定性尤为重要，目前国内外都有所研究，日渐成熟和成效。在此基础上，可以扩展研究更多方面，比如防雷击部分，使功能更强大、可靠。

［1］姚兴佳，宋俊，等.风力发电机组原理与应用.机械工业出版社，2009年6月.

［2］中国电建.北极星风力发电网，2014年.