双馈发电机定子引出线故障处理

苗旭芳

（上海电气风电设备有限公司，上海 200241）

1 引言

随着风力发电规模和风电机组单机容量的不断增大，针对并网型风电机组的运行要求也日益严格。双馈风力发电机组具有功率因素可调、效率高、节省投资等优点，是目前应用最为广泛的风力发电技术。但是风力发电由于其特殊的运行及维修环境，对于机组的可靠性运行提出了相当高的要求。作为双馈机组中的重要部件之一的发电机，其可靠性从某种程度决定了机组是否能长期、安全、稳定的运行。本文通过分析了一起双馈发电机定子引出线故障的处理过程，明确提出了兆瓦级风力发电机引出线的固定须采用焊接的方式，提高其可靠性。

2 双馈发电机定子引出线故障处理

2.1 故障描述

双馈发电机组中变流器频报定子电压、电流故障后，无法复位及起机。机组无法正常运行。

2.2 故障现象

变流器报定子电压故障（见图1）。

图1 变流器报定子电压故障

变流器报定子电流故障（见图2）。

图2 变流器报定子电流故障

变流器再次报定子电流故障（见图3）。

变流器最后一次报定子电流故障后，触发紧急停机（见图4）。

2.3 故障分析

由于机组所使用的变流器具有故障录播功能，因此故障出现后，首先根据变流器的故障记录，分别从变流器中下载了故障时的电压、电流波形（图5）。

图3 变流器再次报定子电流故障

从图5中，可以看出三相电流波形在前200 ms内，电流波形正常，幅值约为1 000安培。后电流波形波动明显加剧，波动幅度较大，其中L1电流峰值最大时可达6 000安培左右，为额定满负载电流的3倍之多。电流波形波动异常，持续时间约为150ms。

从图6中，可以看出三相电流波形在前200 ms内，电流波形正常，幅值约为1 500A。后电流波形波动明显加剧，波动幅度巨大，L1电流峰值数值依然维持在6 000A左右。但是电流异常波动时间加长至250ms。

图7显示，故障现象与图二基本一致。

图7 三相电流波形变化（3）

从图8中，可以看出三相电压略有波动，电压幅值基本保持在570V与670V之间，L1电流为零，L2与L3电流幅值基本相等，相位相反。

图8 三相电压的变化

从以上图中可以看出，在整个故障过程中，变流器励磁基本正常。初步可以排除变流器故障可能性。同时，为了进一步确认故障点，决定检测发电机的定、转子电阻以及绝缘电阻。

经过测量，结果如下：定子对地绝缘正常，转子对地绝缘正常，转子三相电阻正常且阻值基本平衡，但在定子接线盒内，测量绕组U-V端，电阻值无穷大，绕组U-W端，电阻值无穷大；绕组VW端，电阻值为0.003 07欧姆。

从测量结果，基本可以确定故障点为发电机定子部分。由于V-W端测量电阻正常，因此基本可以排除V、W相定子绕组故障的可能性。另外，由于U-V和U-W端测量电阻均为无穷大，且发电机定子绕组采用三角形接法，因此基本可以判断，U相引出线断路故障。

2.4 故障处理

为了确认故障点，决定拆解发电机。由于发电机采用空／空冷却的方式，因此须拆卸冷却背包。拆解冷却背包时，在机舱内使用手动葫芦吊装移开发电机冷却器，冷却器移开后，可以明显看到发电机机座撑筋与与部分定子铁芯表面有烧黑痕迹。拆除定子引出线隔离板后，发现一相汇流铜牌与并联铜环连接处完全融毁，致使此相引出铜环断路，并导致周边绝缘材料烧毁。具体图片见图9。

从图片中，可以看出由于汇流铜牌与并联铜环采用了螺栓连接固定的方式，在故障过程中由于发电机受长期振动影响，可能导致螺栓松动，接触电阻逐渐增大。在长期大负载大电流的作用下，发热剧增，到达一定程度，超过了引出线所能承受的温度，绝缘薄弱处开始损毁，多次反复，导致最终连接处完全融毁、断路。

根据以上情况，发电机供应商拟定了详细的维修方案。主要是对定子汇流排以及并联铜环的修复，并对连接处加以焊接固定。经过三天的紧急维修，机组经检验后 重新起机并运行。从运行的结果看，电压、电流波形恢复正常。

3 结论

近年来，随着风力发电容量的不断提升。兆瓦级风力发电机，已经成为主流机型。而作为国内主流市场中的双馈发电机定子绕组大多采用成型绕组。该绕组具有绝缘特性好的优点，但是随之而来，连接、固定及引出也成为一大难题。而风力发电机又具有容量大，电压低，电流普遍较大，工作环境温度较高、振动大，散热困难的特点。如果还是采用连接排螺栓固定的方式，在长期的振动环境中，势必引起连接螺栓松动、接触电阻过大，发热剧增，电流波动，严重时引起电机绝缘烧毁的现象。因此，为了提高风力发电机运行可靠性，绕组引出线的连接应采用焊接的方式，提高结构的强度，同时结合专业的焊接工艺及检验方法。