浅谈风力发电机组异步发电机集电环故障诊断及维护

双馈异步风力发电机(DFIG，Double-Fed Induction Generator)是一种绕线式感应发电机，是变速恒频风力发电机组的核心部件，也是风力发电机组国产化的关键部件之一。该发电机主要由电机本体和冷却系统两大部分组成。电机本体由定子、转子和轴承系统组成。

双馈异步发电机的定子绕组直接与电网相连，转子绕组通过变流器与电网连接，转子绕组电源的频率、电压、幅值和相位按运行要求由变频器自动调节，机组可以在不同的转速下实现恒频发电，满足用电负载和并网的要求。由于采用了交流励磁，发电机和电力系统构成了"柔性连接"，即可以根据电网电压、电流和发电机的转速来调节励磁电流，精确的调节发电机输出电压，使其能满足要求。

四川省能投会东新能源开发有限公司鲁南、拉马风电场位于会东县拉马乡、海坝乡境内，场址主要位于鲁南山脉山脊地带，海拔高度2700m～3100m，总共装有66台东方电气风电有限公司生产的1.5MW的FD93H高原型风力发电机组，总装机容量为99MW，两风场高原型风力发电机采用了某厂引进德国技术生产的高海拔型发电机，各个指标工艺技术非常高，本文将从集电环的结构入手，分析集电环故障及维护方法、集电环腔室及通风管路维护。

1 集电环组成

1.1 概述

发电机集电环为发电机提供励磁电流调定定子电压、调定了频率、调定子无功功率、调转子的滑差有功功率，是风力发电机的非常重要功率单元。集电环主要由滑环体、碳刷(相用、接地)组成。滑环体与碳刷一同作用将转子电流与外部供电设备连接起来，实现动静的转换;刷架起着对碳刷的支撑作用，并有效地结合碳刷与滑环体为一体。刷架、支撑杆是兆瓦双馈异步风力发电机滑环系统的关键部件，刷架、支撑杆主要由K、L、M接地刷架及一级支撑杆三副、二级支撑杆二副，辅助碳刷磨损微动开关14个等组成。

1.2 集电环系统结构

集电环系统同3个(K、L、M)独立的螺旋槽体、接地台阶、编码器连接支架、耐电晕绝缘材料等组成(如图1)。

集电环的主要结构组成(如图1)

2 集电环常见故障

2.1 高山风电场集电环的故障情况及引发的后果

2.1.1 不正常的集电环(如图2)滑道班驳、痕迹严重不均匀、有电灼伤的痕迹(摸起来有突起或凹点)的滑环表面，则是不合格的，必须要处理。

2.1.2 相滑道——不同相间产生电弧短路，烧坏集电环;变频器励磁接触器拉弧烧坏或烧断励磁回路500A保险;变频器同步困难，无法并网;引发发电机振动或加剧轴系振动，导致机组因振动而停机。

2.1.3 接地碳刷滑道——变频器直流母线电压高，报故障;引发发电机轴承因电灼伤而损坏，严重时需更换发电机。

2.2 易引发集电环故障的相关故障告警

发电机定子温度高;

更换发电机相碳刷、接地碳刷不规范;

更换发电机轴承后对中不到位;

变频器直流母线电压高引发的变频器故障;

变频器接地电流大引发的变频器故障;

变频器外部故障引发的变频器故障。

3 集电环故障处理

3.1 集电环的表面判定

对于高海拔地区的高山风电场运行正常的发电机集电环表面，滑道上有均匀的或深或浅的棕褐色的一层氧化膜，不仅保护了滑环的表面，同时亦保证了导电性(如图3)。或许某些滑道的表面颜色看起来有一些较浅色的痕迹，只要均匀，亦是正常(如图4)。

3.2 高海拔地区的高山风电场集电环集电环表面处理步骤(如图5)

1)按下紧急停机按钮(刹车等级最高，以确保风机彻底停机);

2)取出碳刷;

3)将200#以上金相砂纸裁剪成与比碳刷尺寸稍大的尺寸;

4)将砂纸装在滑道表面，用碳刷压住(需安装好弹性卡子);如果是相滑道需要打磨，必须三相同时进行，所有滑道必须同时打磨;

5)启动风机，维持低速旋转(通过修改额定转速实现)，如转速稳定在500-600rpm，打磨3分钟左右;停机后检查滑道表面是否将原氧化层全部打磨干净，同时滑环表面光滑。

注意：通常运行不正常的滑环，必然伴随碳刷问题，因此，必须接下来检查所有碳刷。更换碳刷时，必须使用发电机滑环配套的碳刷，即不同的滑环必须使用规定厂家、规定材料及尺寸的碳刷!否则会因碳刷厂家不同而导致的材料差异导致的膨胀系数不同、硬度不同而导致滑环及刷架烧毁;尺寸不同会因导电面积差异而无法满足通流要求，或因长度不一而使压紧力有差异，同样无法满足通流要求。

3.3 集电环腔室及通风管路定期维护

高海拔地区的高山风电场发电机集电环腔室内集碳(粉)严重，会导致集电环相间绝缘下降、相间短路等故障，严重时烧毁集电环滑道或刷架等;冷却通风管道通风不畅，则会导致发电机定子回路温度高，引发温度高停机保护;集电环腔室通风管道通风不畅，会导致集电环腔室内集碳(粉)、集电环滑道或刷架附着碳粉。

3.3.1 集电环腔室的清理

1)刷架附着碳粉取出碳刷，使用干的毛刷对刷架及线路所有表面进行碳粉清除处理;

2)集电环滑道间凹槽内集碳粉，使用干的毛刷对滑道表面及滑道间凹槽进行碳粉清除处理，要求边清理边盘动轴系，确保整个集电环均能全部清洁;

3)相间绝缘凹槽内集碳粉，使用干的毛刷对相间绝缘凹槽内进行碳粉清除处理，要求边清理边盘动轴系，确保整个绝缘凹槽内均能全部清洁;

4)使用干的毛刷对腔室内部行碳粉清除处理，要求整个腔室内部全部清洁，然后使用吸尘器进行碳粉吸附，确保所有碳粉全部吸附洁净。

注意：必须使用洁净、无油污的干的毛刷，油污会导致碳粉黏结。佩带薄的橡皮手套及防护眼镜、口罩，碳粉刺激皮肤且有毒。

3.3.2 冷却通风管道检查(如图6)

1)通风管道破损更换新的通风管道，临时处理方法——封堵破损处。

2)通风管道偏长，导致折弯、堆积，增加风阻、排风不畅，影响定子散热效果测量正确的长度，消除管道折弯、堆积现象，使排风通畅。

3)过滤器(如图7)为安装在机舱的排风空洞上检查过滤器的安装位置。