风力发电机集电环故障率高的原因分析及措施

2014-09-10李鹏姚俊冰毕晓颖

综合智慧能源 2014年2期

李鹏，姚俊冰，毕晓颖

(内蒙古华电辉腾锡勒风力发电有限公司，呼和浩特 010020)

表1 集电环故障原因及解决措施

0 引言

风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。中国是一个发展中国家，发展经济仍然是未来的主要战略任务，但是如何为经济发展提供可持续的能源保障，将是中国未来发展中面临的巨大挑战。风电是未来最具发展潜力的可再生能源之一，具有资源丰富、产业基础好、经济竞争力较强、环境影响微小等优势，是最有可能在未来支撑中国经济发展的能源之一。但风电的效益却是一个有待解决的问题，若要提升效益，前提是要降低成本，尤其是降低维护成本，这就要从经常更换的大件着手。

1 风力发电机集电环故障率偏高的原因分析

1.1 统计数据分析

某风电场2010年1—12月的发电机集电环故障统计结果显示：共有48台次故障，因碳粉堆积而导致集电环损坏的故障共有38台次，集电环月均故障为3.17次。

根据抽样标准进行现场抽样分析，集电环故障原因及故障次数统计结果见表1。

(1)由分析结果可知，如果把风机故障中“碳粉短路”的问题解决，则可将集电环故障率由2010年的70%降低至70%×(1-79.17%)=14.58%。

(2)只要采取一种有效的措施防止碳粉短路，就能有效降低集电环故障率。由于风电场风机过多，计划将风电机分批进行处理。

1.2 碳粉短路原因分析

集电环安装示意图如图1所示。

集电环系统位于发电机非驱动侧轴承和编码器之间的集电环室内，集电环和编码器在运行过程中会产生大量的油雾，集电环室内空间相对比较密闭，油雾对电刷磨损产生的碳粉的吸附作用较大，极易产生油性碳粉污垢。有试验表明：在疏松干燥的状态下，石墨碳粉的绝缘电阻可达到100 MΩ以上，但是在油雾作用下绝缘电阻迅速减小为0。由此可见，油性碳粉污垢是造成集电环室内各绝缘件绝缘性能下降的主要原因之一。机组运行时，若油性碳粉较多，则易造成缺陷甚至导致事故，需要停机处理或带电清扫，影响发电机的安全运行。

图1 集电环安装示意图

碳粉短路关联图分析如图2所示。由图2可以看出，碳粉短路末端因素包括：碳刷卡涩、刷握安装时中心偏离、碳粉不能及时清理、压刷弹簧压力不均、集电环凹凸不平、碳刷批次不一等。现场验证得出的结论是：发生碳粉短路的主要原因是碳粉不能及时清理。如果风电机集电环室得不到定期清理，碳粉积在集电环室内，会影响集电环的绝缘。因此，有必要在集电环安装碳粉收集系统，保证集电环室内清洁，无碳粉堆积。

图2 碳粉短路关联图

2 解决方案

为保证每小时清理碳粉1次且无残留，在集电环室内加装碳粉清扫装置及强制排碳粉系统。安装2送1吸的轴流风机来排出碳粉(如图3所示)：在集电环两侧盖板上各加装1台送风轴流风机，对碳刷进行吹扫；在下部盖板处加装1台吸风轴流风机，使集电环内部形成一个稳定的排粉风道，从而减少碳粉堆积。碳粉排出系统采用微电脑时控开关控制，避免了排粉风扇长时间工作。