雙饋異步風力發(fā)電機(DFIG，Double-Fed Induction Generator)是一種繞線式感應發(fā)電機，是變速恒頻風力發(fā)電機組的核心部件，也是風力發(fā)電機組國產化的關鍵部件之一。該發(fā)電機主要由電機本體和冷卻系統(tǒng)兩大部分組成。電機本體由定子、轉子和軸承系統(tǒng)組成。

雙饋異步發(fā)電機的定子繞組直接與電網相連，轉子繞組通過變流器與電網連接，轉子繞組電源的頻率、電壓、幅值和相位按運行要求由變頻器自動調節(jié)，機組可以在不同的轉速下實現(xiàn)恒頻發(fā)電，滿足用電負載和并網的要求。由于采用了交流勵磁，發(fā)電機和電力系統(tǒng)構成了"柔性連接"，即可以根據(jù)電網電壓、電流和發(fā)電機的轉速來調節(jié)勵磁電流，精確的調節(jié)發(fā)電機輸出電壓，使其能滿足要求。

四川省能投會東新能源開發(fā)有限公司魯南、拉馬風電場位于會東縣拉馬鄉(xiāng)、海壩鄉(xiāng)境內，場址主要位于魯南山脈山脊地帶，海拔高度2700m～3100m，總共裝有66臺東方電氣風電有限公司生產的1.5MW的FD93H高原型風力發(fā)電機組，總裝機容量為99MW，兩風場高原型風力發(fā)電機采用了某廠引進德國技術生產的高海拔型發(fā)電機，各個指標工藝技術非常高，本文將從集電環(huán)的結構入手，分析集電環(huán)故障及維護方法、集電環(huán)腔室及通風管路維護。

1 集電環(huán)組成

1.1 概述

發(fā)電機集電環(huán)為發(fā)電機提供勵磁電流調定定子電壓、調定了頻率、調定子無功功率、調轉子的滑差有功功率，是風力發(fā)電機的非常重要功率單元。集電環(huán)主要由滑環(huán)體、碳刷(相用、接地)組成。滑環(huán)體與碳刷一同作用將轉子電流與外部供電設備連接起來，實現(xiàn)動靜的轉換;刷架起著對碳刷的支撐作用，并有效地結合碳刷與滑環(huán)體為一體。刷架、支撐桿是兆瓦雙饋異步風力發(fā)電機滑環(huán)系統(tǒng)的關鍵部件，刷架、支撐桿主要由K、L、M接地刷架及一級支撐桿三副、二級支撐桿二副，輔助碳刷磨損微動開關14個等組成。

1.2 集電環(huán)系統(tǒng)結構

集電環(huán)系統(tǒng)同3個(K、L、M)獨立的螺旋槽體、接地臺階、編碼器連接支架、耐電暈絕緣材料等組成(如圖1)。

集電環(huán)的主要結構組成(如圖1)

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2 集電環(huán)常見故障

2.1 高山風電場集電環(huán)的故障情況及引發(fā)的后果

2.1.1 不正常的集電環(huán)(如圖2)滑道班駁、痕跡嚴重不均勻、有電灼傷的痕跡(摸起來有突起或 凹點)的滑環(huán)表面，則是不合格的，必須要處理。

2.1.2 相滑道——不同相間產生電弧短路，燒壞集電環(huán);變頻器勵磁接觸器拉弧燒壞或燒斷勵磁回路500A保險;變頻器同步困難，無法并網;引發(fā)發(fā)電機振動或加劇軸系振動，導致機組因振動而停機。

2.1.3 接地碳刷滑道——變頻器直流母線電壓高，報故障;引發(fā)發(fā)電機軸承因電灼傷而損壞，嚴重時需更換發(fā)電機。

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2.2 易引發(fā)集電環(huán)故障的相關故障告警

發(fā)電機定子溫度高;

更換發(fā)電機相碳刷、接地碳刷不規(guī)范;

更換發(fā)電機軸承后對中不到位;

變頻器直流母線電壓高引發(fā)的變頻器故障;

變頻器接地電流大引發(fā)的變頻器故障;

變頻器外部故障引發(fā)的變頻器故障。

3 集電環(huán)故障處理

3.1 集電環(huán)的表面判定

對于高海拔地區(qū)的高山風電場運行正常的發(fā)電機集電環(huán)表面，滑道上有均勻的或深或淺的棕褐色的一層氧化膜，不僅保護了滑環(huán)的表面，同時亦保證了導電性(如圖3)?；蛟S某些滑道的表面顏色看起來有一些較淺色的痕跡，只要均勻，亦是正常(如圖4)。

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3.2 高海拔地區(qū)的高山風電場集電環(huán)集電環(huán)表面處理步驟(如圖5)

1)按下緊急停機按鈕(剎車等級最高，以確保風機徹底停機);

2)取出碳刷;

3)將200#以上金相砂紙裁剪成與比碳刷尺寸稍大的尺寸;

4)將砂紙裝在滑道表面，用碳刷壓住(需安裝好彈性卡子);如果是相滑道需要打磨，必須三相同時進行，所有滑道必須同時打磨;

5)啟動風機，維持低速旋轉(通過修改額定轉速實現(xiàn))，如轉速穩(wěn)定在500-600rpm，打磨3分鐘左右;停機后檢查滑道表面是否將原氧化層全部打磨干凈，同時滑環(huán)表面光滑。

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注意：通常運行不正常的滑環(huán)，必然伴隨碳刷問題，因此，必須接下來檢查所有碳刷。更換碳刷時，必須使用發(fā)電機滑環(huán)配套的碳刷，即不同的滑環(huán)必須使用規(guī)定廠家、規(guī)定材料及尺寸的碳刷!否則會因碳刷廠家不同而導致的材料差異導致的膨脹系數(shù)不同、硬度不同而導致滑環(huán)及刷架燒毀;尺寸不同會因導電面積差異而無法滿足通流要求，或因長度不一而使壓緊力有差異，同樣無法滿足通流要求。

3.3 集電環(huán)腔室及通風管路定期維護

高海拔地區(qū)的高山風電場發(fā)電機集電環(huán)腔室內集碳(粉)嚴重，會導致集電環(huán)相間絕緣下降、相間短路等故障，嚴重時燒毀集電環(huán)滑道或刷架等;冷卻通風管道通風不暢，則會導致發(fā)電機定子回路溫度高，引發(fā)溫度高停機保護;集電環(huán)腔室通風管道通風不暢，會導致集電環(huán)腔室內集碳(粉)、集電環(huán)滑道或刷架附著碳粉。

3.3.1 集電環(huán)腔室的清理

1)刷架附著碳粉取出碳刷，使用干的毛刷對刷架及線路所有表面進行碳粉清除處理;

2)集電環(huán)滑道間凹槽內集碳粉，使用干的毛刷對滑道表面及滑道間凹槽進行碳粉清除處理，要求邊清理邊盤動軸系，確保整個集電環(huán)均能全部清潔;

3)相間絕緣凹槽內集碳粉，使用干的毛刷對相間絕緣凹槽內進行碳粉清除處理，要求邊清理邊盤動軸系，確保整個絕緣凹槽內均能全部清潔;

4)使用干的毛刷對腔室內部行碳粉清除處理，要求整個腔室內部全部清潔，然后使用吸塵器進行碳粉吸附，確保所有碳粉全部吸附潔凈。

注意：必須使用潔凈、無油污的干的毛刷，油污會導致碳粉黏結。佩帶薄的橡皮手套及防護眼鏡、口罩，碳粉刺激皮膚且有毒。

3.3.2 冷卻通風管道檢查(如圖6)

1)通風管道破損更換新的通風管道，臨時處理方法——封堵破損處。

2)通風管道偏長，導致折彎、堆積，增加風阻、排風不暢，影響定子散熱效果 測量正確的長度，消除管道折彎、堆積現(xiàn)象，使排風通暢。

3)過濾器(如圖7)為安裝在機艙的排風空洞上檢查過濾器的安裝位置。

4)濾網層數(shù)太多，增加風阻、排風不暢，影響排碳粉效果檢查濾網層數(shù)，建議只留一層。

5)濾網長期未清潔，碳粉堆積過多，影響通風效果使用吸塵器進行碳粉吸附，確保所有碳粉全部吸附潔凈。

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4 結語

鑒于高海拔地區(qū)的高山風電場發(fā)電機集電環(huán)的實際故障情況，規(guī)范檢查維護方法，最大程度的減少發(fā)電機集電環(huán)故障發(fā)生。隨著各地的裝機容量的增加，對風電場維護質量的要求越來越高，基于風電的發(fā)展方向，并將隨著后期維護技術的進步而不斷發(fā)展完善。