海洋风电专用辅助电动机制造特点及安装维护解析

0 引言

风电专用辅助电动机根据使用环境不同,分为海洋风电和陆用海洋风电两个系列。海洋风电专用辅助电动机为全封闭、自冷或自带风扇冷却式电机,具有防止潮气、霉菌、盐雾、海水等有害物质损伤的特性。广泛用于风力发电机组主机润滑系统及冷却装置,具有良好的防腐性能,高稳定性和可靠性,使用寿命长等特点。

目前,风机用三相异步电动机主要有三种类型。一是润滑系统用电机,电机后端带风扇,为自带风扇冷却式电机;二是风机冷却用电机,后端无风扇,为自冷式电机;三是偏航电机,电机后端无风扇,安装有制动器,一般是S3工作制。海洋风电电动机的使用环境比普通电动机的运行环境恶劣,所以对海洋风电用电动机本身的防护性能和防腐蚀性要求高,在设计制造时,需考虑海洋环境对电动机绝缘性能的影响。

1 海洋风电专用辅助电动机的基本参数和特殊设计制造特点

海洋风电专用辅助电动机的通用电源一般为三相400V/50Hz或690V/50Hz;工作制为连续工作制(S1)或断续工作制(S3、偏航电机);适用环境条件为海拔≤3000m;环境空气温度为-40℃～45℃;空气相对湿度≤100%;有盐雾、油雾、霉菌的影响。

海洋风电专用辅助电动机在满足各类恶劣环境的条件下,依靠合理的电磁设计、利用低损耗导磁材料、专用绝缘材料,配合特殊的线圈制作工艺,确保电机可长期适应逆变器转化电压400V/690V电源下,可靠稳定运行,满足海洋风电行业对零部件的特殊要求。海洋风电专用辅助电动机的设计寿命为30年,启动性能好,过载能力强,能满足频繁启动和正反转交替运行的要求;定子绕组采用真空压力两次浸漆,电气性能具备耐受3400V高压的强烈冲击能力,可承受短时10min,1.3倍额定电压下连续运行的电流冲击。海洋风电专用辅助电动机的机械连接采用特殊的机械结构和绝缘结构设计,可承受1.5倍额定转速的超速运行,机械结构不出现损坏。并可满足电机在-40℃～+45℃的环境温度范围内可靠工作,多种安装方式和辅助配置供选择。海洋风电专用辅助电动机的整机采用特殊防护漆,进行三层、五遍防护喷涂,具有抗盐雾腐蚀能力,能够在海洋环境下的高湿热,盐雾浓度大的地区长期持续稳定运行。根据使用环境和保护控制需要,可加装防冷凝加热带和热敏电阻或热敏开关,用于电机的防潮和过热保护,提高电机使用运行的可靠性。

为保障海洋风电专用辅助电动机使用运转的可靠性,主要在零部件的材质选择,绕组线圈的绝缘强化处理和运行控制监测保护三个方面,对电动机进行优化设计和强化制造。(1)主要部件原材料的材质选择,海洋风电专用辅助电动机定、转子冲片材质采用优质50×W600冷轧无取向硅钢片,可减少铁心损耗,提高电动机效率。漆包线采用QP-2/200耐电晕电磁线,绕组包绕绝缘材料采用H级或F级,引接线用H级专用电动机引线,提高电动机绕组的温度限值。(2)绝缘工艺强化,定子绕组进行两遍真空压力浸漆,增强定子绕组的绝缘性能,提高绕组和绝缘材料的防霉变和抗湿热能力,提高电机绕组整体的导热性,降低电机的运行温度,消除电机绕组位移引起的绝缘磨损。增强电机绕组适应海洋环境的能力,消除潮气、化学气体和其他污物侵入绝缘内部而造成的绝缘损坏。(3)控制系统的监测保护,出线端三相绕组嵌装一套H级的三芯串联PTC热敏电阻,同时,根据电机的机座号,安装一套与之对应规格的防冷凝加热带,PTC热敏电阻起到过热保护作用,防冷凝加热带可在电机停转时,送电运行,防止电机内部形成冷凝积水,损害电机绕组绝缘,保证电机的绝缘性能始终处于良好状态。热敏电阻和加热带固定在定子绕组端部,和定子绕组同时进行两遍真空压力浸漆。

为提高海洋风电专用辅助电机的轴承寿命,前、后轴承使用进口耐高低温轴承,全部同等加大。前、后端盖的材质提升,轴承室同等加固,轴伸端的轴承使用轴承内盖固定,后轴承内增加防蠕动的“O型圈”。采用独特的公差配合与装配工艺保护轴承,延长轴承的使用寿命。在设计时增大电气裕量,提高电机的抗过载能力,轻松应对高低电压穿越、浪涌等电气冲击。独有的定转子槽型,海洋风电电机可以低温启动。独特的接线盒,海洋风电电机的电气间隙与爬电距离可以适应海拔5000m及其以上的要求。

2 海洋风电专用辅助电动机的电气安装和调试

海洋风电专用辅助电动机根据设备所需功率、转矩、转速要求选择安装,最大功率可达37kW,同步转速750～3000r/min,分单速和双速两个系列,电气安装和控制线路存在较大差别,电气接线时应注意按接线图正确连接。单、双速电机均可用于海洋风电系统中的辅助设备,如散热风机、制冷空调,传动润滑,偏航调节等发电机辅助设备。电动机电气安装时按铭牌上规定电制和对应的接法进行接线,所配空间加热器接线标志为R1、R2或HE1、HE2。加热器电源一般为单相AC200～240V。电动机所配热敏电阻接线标志为f1、f2或TP1、TP2。电动机与电源连接时,应选择与电动机的额定电压、电流相适应的多芯电缆和接线端子进行连接。电源引入电缆外径与填料函所用的电缆外径相符。引入接线盒的电缆芯线分别接在接线端子上,用压紧螺母、金属垫圈等紧固,防止电缆松脱。接线完毕后应检查盒内有无杂物、灰尘,确保引出线按接线图正确接线;电动机接线盒内设有安全接地螺栓,接地用引线接在接地螺栓上,与电源连接的电气接线主要部件-接线盒的安装如图1所示。

图1 海洋风电辅助电动机的电气连接部件-接线盒

一般海洋风电专用辅助单速电动机的绕组有6根引接线,分别标示为U1、V1、W1,U2、V2、W2;双速电动机绕组也有6根引接线,分别标示为1U、1V、1W,2U、2V、2W,引出线按接线盒上接线图标明的接法接线。接线完成后,进行空载试运转,如发现电动机的旋转方向与所要求的旋转方向相反,可停机将同组电源线任意两根换接,以改变电机的旋转方向。电动机第一次试运转的转速达到额定值时,停机检查,观察各机械联接部分有无松动及碰擦,进行必要的调整及修复,然后再空载运行2～3h,运转中如发现任何不正常现象或响声时,立即停机检查。空载试验完成后,注意观察轴承有无发热及漏油现象。空载运转正常的电机,可进行实际负载运转。电动机在实际负载运转中,应继续观察其起动情况,运行时的声音是否正常,实际负载电流是否超出铭牌上的规定值,运行0.5～1h,再停机检查电动机各机械连接部分有无过热及漏油,定、转子有无相擦等情况,如无异常,可正式运转使用。

3 海洋风电专用辅助电动机的维护和检修注意事项

为消除电动机事故隐患,保障运行质量,电动机应定期进行检修,一般3个月检修一次,每年大修一次。检修时应清除机体的积尘、污垢,保持接线板清洁,以免积尘受潮,产生爬电。测量电动机线圈的绝缘电阻,检查接头、接地线、各紧固零件及传动机构的联接等是否松动,消除存在的缺陷。大修时应将电动机拆检,注意检查线圈和端部绑扎是否完好,清洁机体内外积尘,检查电动机的轴承磨损情况及更换新润滑脂。电动机油封或密封圈老化变质时,应及时更换。在检修和维护完成后,进行安全及性能检查,确保电动机性能符合规定要求后,再送电运转。电动机使用过程中应定期检查和清扫,防止受潮或异物进入机体内部,避免杂尘堆积。电动机运转时,应经常记录有关仪表及温度计读数,运行期间的检修情况。同时做好故障处理记录,供后续维护及检修时参考。海洋风电专用辅助电动机的轴承允许温度不得超过80℃。如果轴承损坏或游隙值超出标准值,应及时更换轴承。

4 结语

随着风电发电市场的扩展,风力发电的应用领域和装机容量逐年扩大,特别是海洋风电的长足发展,对风力发电及其辅助设备提出更高要求。海洋风电专用辅助电动机承担着为海洋风电发电机的润滑、冷却和偏航系统提供动力的有力保障,电机一旦出现故障,将严重影响发电机组的正常运行。由于在高空作业,维修成本和机组停转所造成损失非常大。为确保风机的正常运转,提高海洋风电电动机对高空环境的适应能力,运转的可靠性。海洋风电辅助电动机的电气安装调试和运行维护作为电动机可靠运行的重要保障,必须严格按程序和要求执行。