双馈风力发电机故障排查手册之欧阳体创编

2.1MW双馈风力发电机
故障排查手册FD2.1(V1.0)
西安正麒电气有限公司
版本说明：
目录
1 手册的描述 4
2电机结构8
3 双馈电机简介，工作原理 9
4 电机常见故障 12
5 电机主要部件常见故障及解决方法 22
6 注意事项 23
1.手册的描述
本维修手册适用于 2.1KW双馈风力发电机，指导相关技术人员和专业维修人员对电机的故障诊断、异常处理以及维护工作。

特别注意：
●请认真阅读使用说明书，本手册对系统的外部接口、性能
参数等不再作具体介绍。

●请相关人员仔细阅读学习本手册和用户手册，只有通过系
统学习和培训，完全熟悉安全注意、结构安装、操作维
护的人员，才能从事本系统的维修工作。

●对于擅自拆除和错误维修导致系统损坏，本公司不承担任
欧阳体创编 2021.02.03 欧阳美创编 2021.02.03
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手册擅自摘抄、复印，不得以任何形式进行传播。

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2.电机结构
2.1MW 双馈风力发电机为2100kW 三相异步电机，定子接线方式三角形型连接，转子接线方式星形连接，冷却方式为风冷却。

图1 图1.电机外观
图2.电机外观图 空冷器
冷却器风
机 注油器
定子避雷器
定子接线盒
端盖
轴承
接地刷 转子接线盒
转子避雷器
图3.电机外观图
1.1定子，机座为焊接结构，内部铁芯叠压后由轴向扣片拉紧定子线圈为3相成型线圈嵌线后整体真空压力浸漆绝缘等级H 三相绕组由电缆线引固定在机座上的大接线盒内。

1.2转子，为绕线式转子铁心采用压力安装在轴上转子绕组为波形绕组，绕组K 、L 、M 端头通过轴孔引出与非传动端滑环连接轴接地采用接地电刷电刷装在滑环室并有电刷磨损报警单元编码器安装于轴的非传动端。

1.3加热器，加热器位于电机定子腔内，主要用于低温环境下对电机绕组进行加热。

1.4端盖、轴承端盖采用铸造结构轴承采用两个绝缘深沟球轴承。

1.5冷却和通风，发电机采用机壳水内冷却，电机内部风扇使空气循环流动把热量传到电机机壳机壳中循环的冷却水将热量带走，滑环室内部空气自然流动，热量传递给滑环室再经过顶部装的水冷机构进行冷却。

1.6滑环室滑环室，装在电机外部的非传动端防护等级IP23滑环装在轴上，刷架系统装配于滑环室内，然后固定在非传动端端盖上，用传感器监控主电刷和轴接地电刷磨损外接信号电缆固定于辅助接线盒内。

1.7接线盒，大接线盒位于电机传动端顶部从右侧出线从传动端看。

1.8电器连接，电机定子、转子三相绕组由外接电缆引出固定于接线盒内，是日常维护电机所必需的维护。

包括轴承，润滑，滑环和电刷维护，清洁电机和附件。

3.双馈电机简介，工作原理：
（1）简介
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
电机滑环室 电机滑环
成，冷却系统分为水冷、空空冷和空水冷三种结构.
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。

（2）工作原理：
双馈感应发电机由定子绕组直连定频三相电网的绕线型感应发电机和安装在转子绕组上的双向背靠背IGBT电压源变流器组成。

“双馈”的含义是定子电压由电网提供，转子电压由变流器提供。

该系统允许在限定的大范围内变速运行。

通过注入变流器的转子电流，变流器对机械频率和电频率之差进行补偿。

在正常运行和故障期间，发电机的运转状态由变流器及其控制器管理。

变流器由两部分组成：转子侧变流器和电网侧变流器，它们是彼此独立控制的。

电力电子变流器的主要原理是转子侧变流器通过控制转子电流分量控制有功功率和无功功率，而电网侧变流器控制直流母线电压并确保变流器运行在统一功率因数（即零无功功率）。

功率是馈入转子还是从转子提取取决于传动链的运行条件：在超同步状态，功率从转子通过变流器馈入电网；而在欠同步状态，功率反方向传送。

在两种情况（超同步和欠同步）下，定子都向电网馈电。

（3）优点：
首先，它能控制无功功率，并通过独立控制转子励磁电流解耦有功功率和无功功率控制。

其次，双馈感应发电机无需从电网励磁，而从转子电路中励磁。

最后，它还能产生无功功率，并可以通过电网侧变流器传送给定子。

但是，电网侧变流器正常工作在单位功率因数，并不包含风力机与电网的无功功率交换。

4.电机常见故障
4.1：电机过热的原因有哪些？
（1）负载过大；
（2）缺相；
（3）风（水）道堵塞；
（4）低速运行时间过长；
（5）电源谐波过大。

4.2：电机三相电流不平衡的原因有哪些？
（1）三相电压不平衡；
（2）电机内部某相支路焊接不良或接触不好；
（3）电机绕组匝间短路或对地、相间短路；
（4）接线错误。

（5）主接线盒内的连接螺栓个别没有紧固或导线接触面不干净。

4.3：电机缺相的原因有哪些？
电源方面：
（1）开关接触不良；
（2）变压器或线路断线；
（3）保险熔断。

电机方面：
（1）电机接线盒螺丝松动接触不良；
（2）内部接线焊接不良；
（3）电机绕组断线。

4.4：造成电机异常振动和声音的原因有哪些？
机械方面：
（1）轴承润滑不良，轴承磨损；
（2）紧固螺钉松动；
（3）电机内有杂物
（4）轴承室磨损
（5）电机不同心。

电磁方面：
（1）电机过载运行；
（2）三相电流不平衡；
（3）缺相；
（4）定子，转子绕组发生短路故障；
（5）笼型转子焊接部分开焊造成断条。

4.5：电机轴承过热的原因有哪些？
电机本身：
（1）轴承内外圈配合过紧；
（2）零部件形位公差有问题，如机座、端盖、轴等零件同轴度不好；
（3）轴承选用不当；
（4）轴承润滑不良或轴承清洗不净，润滑脂内有杂物；
（5）轴电流。

使用方面：
（1）机组安装不当，如电机轴和所拖动的装置的轴同轴度一合要求；
（2）皮带轮拉动过紧；
（3）轴承维护不好，润滑脂不足或超过使用期，发干变质。

4.6：电机绝缘电阻低的原因有哪些？
（1）绕组受潮或有水侵入；
（2）绕组上积聚灰尘或油污；
（3）绝缘老化；
（4）电机引线或接线板绝缘破坏。

4.7：电机轴电流:。

电机的轴－－轴承座－－底座回路中的电流称为轴电流
轴电流产生的原因：
（1）磁场不对称；
（2）供电电流中有谐波；
（3）制造、安装不好，由于转子偏心造成气隙不匀。

轴电流危害：使电机轴承表面或滚珠受到侵蚀，形成点状微孔，使轴承运转性能恶化，摩擦损耗和发热增加，最终造成轴承烧毁。

5.电机主要部件常见故障及解决方法
5.1：轴承部分。

为保证其使用寿命轴承要求定期润滑，轴承加油要求：加油部位传动端润滑点1100g。

非传动端润滑点2100g。

加油周期自动注油系统P22344036972:每经过3500h向每个润滑点加
油100g，若采用手动注油时按照每3500h分别向润滑点1、2各加注100g。

轴承故障主要表现在以下几个方面
a、电蚀现象表面可看见斑点在显微镜下可观察到斑点是由细小凹坑簇集而成进一步发展就可导致波纹状表面。

原因电流流经轴承就会产生电火花从而溶融轨道表面。

解决办法通过调整接地电刷的压力或采用绝缘轴承避免电流流动。

b、剥离现象轨滚道表面被剥离表面发生剥离后非常粗糙。

原因辗压疲劳。

剥离常常是因为过载而过早发生而过载是由不正确操作导致轴和轴承座精度太低安装误差异物侵入或生锈等引起。

解决办法，找出载荷过重的原因。

检查工作环境并且尽量采用承载能力大的轴承。

增加润滑油的粘度和改善润滑系统以形成润滑油膜。

减小安装误差。

c、变色现象轨道表面变色。

原因过热导致变色变质的润滑油在表面沉积。

解决办法:涂一层有机溶剂后可以除去润滑油中的沉积。

用砂纸打磨都不能除去的粗糙面就是生锈或是腐蚀如果能完全除去那就是过热导致的回火变色。

d、崩蚀现象崩蚀是因轴承粘住而发生装配崩蚀造成的痕迹沿轴向此外崩蚀还可发生在滚子端面以及引导挡边在回转方向上轨道表面以及滚动接触表面的划痕。

形成原因装配和移动过程损坏径向负荷太大以致接触表面无法形成持续油膜或异物侵入预压力太、大滚动体产生滑动或润滑条件差。

解决办法改进装配工艺。

改进工作条件。

正确预压。

选择适当的润滑剂和润滑系统。

改善密封效果。

e、摩擦损伤和摩擦侵蚀现象摩擦表面生锈有红色和微粒部分形成凹陷。

摩擦侵蚀现象摩擦表面生锈有红色和微粒部分形成凹陷。

在轨道表面被作为摩擦腐蚀的凹坑相对滚动体是等距离形成的。

形成原因振动载荷施加在接触的部件上就会产生较小振幅的震荡润滑剂会被挤出接触面而且各部分蠕动量很大。

轴承的振动角度很小。

润滑条件不好甚至无润滑。

脉动载荷。

运动过程中的振动。

振动轴安装偏斜安装误差大配合太松。

解决办法
a.内圈与外圈应该独立包装好再运输如果不能分开轴承应该施加预压。

b.当轴承用在振动场合中时应使用粘度较大的润滑脂。

c.换润滑剂。

d.调整轴与轴承孔。

e.改善配合。

f、刮痕现象表面粗糙并且有细小微粒粘着。

原因滚动体在滚动中产生滑动而润滑剂性能太差不能避免滑动。

解决办法选择最佳润滑油和润滑系统使之能够形成完整的油膜。

使用附带加压装置的润滑剂。

·采取诸如选择较小径向游隙和预压的方式以避免滑动。

g、生锈和腐蚀现象轴承内、外圈和滚动体表面生锈。

有时候滚动体生锈位置是等间距的。

原因轴承浸水或腐蚀性物质如酸性物质或空气中的水分凝结到轴承上。

包装、存储条件太差或是徒手搬运。

解决办法·改善密封效果。

·定期检查润滑油。

·小心搬运轴承。

·当轴承很长时间不工作时就要考虑防锈。

h,缺损和破裂现象轴承内、外圈以及滚动体部分破损。

原因较大固体异物侵入冲击或过大载荷不适当的搬运方式。

5.2：碳刷部分
碳刷，碳刷维护检查周期是6个月。

碳刷的检查内容有：
1）正常运行状态下的碳刷摩擦面的光洁度。

2）检查电刷高度，电刷剩余高度是新电刷高度的1/3，需要更换新的电刷，更换新的电刷必须是规定的型号和尺寸。

新电刷的安装方法：
将电刷磨出滑环面的弧度在电机外预磨以保证电刷与滑环的触面积将电刷装入刷握检查电刷导向和运动。

用砂纸带包住滑环纸带，宽度滑环宽度两端余量约200mm按电机旋转的方向将电刷按组排列预磨按电机旋转方向拉纸带。

为加快预磨速度开始用粗纤维大砂粒的砂纸来粗磨然后用细砂纸进行精磨。

粗磨两个方向都可以磨精磨只能按上述3项分步来做。

电刷接触面不得少于80。

磨完之后用软布仔细擦净刷面。

用刷子小心刷掉磨掉的碎屑。

用手指触摸电刷以确认没有异物。

完成磨校之后仔细清除电刷刷件滑环和滑环组件表面碳粉。

（已经检查并重新安装到正确位置的电刷必须能在刷握里活动自如电刷不能咔哒喀哒响）。

如有响声取下电刷检查刷握，刷握是否紧固并检查刷架盒的内表面。

底边和滑环面之间的距离2.5mm。

检查压杆看其是否正常起作用。

检查滑环。

滑环在电接触面正常运行时会留下电刷的刷痕，滑环的表面质量反映出电刷的运行特性，（注意在运行时间约500小时之后会出现小刷痕小刷痕不会影响到滑环的安全功能。

）如果表面有烧结点，大面积烧伤或烧痕滑环径向跳动超差必须重磨滑环，重新磨的滑环要求表面粗糙度要达到Rz10。

如果出现小污点需按旋转方向来重磨滑环。

此磨具必须与滑环的实际弯曲面一致。

尽可能不要磨掉光泽层光泽层可保证在现有的运状态下接触良好。

磨削时要注意滑环最小直径。

如果初始直径320mm最小直径310mm注意当滑环直径小于最小直径时必须更换滑环。

1 碳刷冒火1）原因分析。

滑环和碳刷之间出现火花时，如果不及时处理，两者在接触过程中将会失去正常工作条件，发生环火，烧损碳刷及刷架，损伤滑环，造成一点接地故障。

a.碳刷研磨不良，接触面积过小，引起碳刷出现火花。

b.碳刷牌号不符合规定或不同牌号碳刷使用在同一集电极上，引起碳刷出现火花。

c.碳刷位置不能对准滑环圆周的法线方向，刷握距离高度不一，引起碳刷出现火花。

d.刷架与集电环之间间隙不符合规定，引起碳刷出现火花。

e.碳刷和引线、引线和端子之间发生连接松动，产生局部火花。

f.碳刷磨损过度，引起碳刷出现火花。

g.碳刷和刷握间隙不合适，使得火花随负荷增大而增大。

h.集电环表面磨损不均、表面凹凸不平或机组振动过大，造成碳刷振动，导致接触面积过小，引起碳刷出现火花。

i.刷握弹簧失去弹性，弹簧压力不均匀，引起碳刷冒火。

2）处理方法。

a.碳刷研磨不良。

将碳刷调整和打磨，使接触面增大，接触面积应大于70%。

b.碳刷牌号不符合规定或不同牌号碳刷使用在同一集电极上。

更换制造厂家制定或试验合格的同一型号碳刷在同一极上。

c.刷架位置安装不对，调整碳刷位置使得碳刷对准滑环圆周的法线方向，刷握距离高度一致。

d.刷架与集电环之间间隙不符合规定。

调整其间隙符合制造厂要求的3~4mm。

e.碳刷和引线、引线和端子之间连接松动。

对松动部分进行紧固。

f.当碳刷磨损到极限线时（短边为15mm时）应更换。

g.碳刷和刷握间隙不合适时，调整碳刷在刷握内与四周间隙均在0.2mm即可。

h.在机组检修时，要监督测量发电机滑环偏心度、表面光洁度，发现问题及时处理。

i.对失去弹性的弹簧进行更换，调整弹簧压力，保持在厂家要求范围内。

2 发电机碳刷温度高1）原因分析。

碳刷正常运行温度为50~80℃（温升40℃），电流分布整体平衡，每块碳刷工作电流20~100A。

刷握弹簧压力均匀，碳刷活动自如且无振动卡涩现象。

碳刷与滑环运
行中产生的热量由通风系统带走。

如果碳刷变短，接触电阻和附加电阻增大，刷握弹簧压力减小，碳刷运行工况变差。

当工作电流增加时，系统的平衡能力降低，使系统温度升高，达到无法控制状态。

a.冷却装置故障，使碳刷与滑环产生的热量不能及时散出，导致碳刷和滑环温度过高。

b.励磁系统过负荷使碳刷温度高。

c.碳刷与滑环接触面过小造成温度高。

d.滑环风孔堵塞造成温度高。

e.碳刷本身质量问题引起温度高。

f.弹簧压力过高，机械磨损产生的热量将会增加，使得碳刷的温度过高。

2）处理方法。

a.由于冷却装置引起如进风口或风道堵塞，可先采用外部冷却方式后，尽快疏通风道，进行疏通时不能让风道产生短路或漏风。

b.励磁系统过负荷时立即调整励磁系统电流。

c.由于碳刷与滑环接触面过小，将碳刷调整和打磨，使碳刷接触面积应大于70%。

d.由于滑环风孔堵，先采用压缩空气进行吹扫或用外部冷却方式进行降温，待停机后再组织疏通；停机后采用四氯化碳清洗滑环。

e.由于碳刷质量引起，应尽快更换新碳刷，新旧碳刷型号应一致。

运行中更换，每极做好更换不超过3块。

f.由于弹簧压力过高，调整碳刷与压紧弹簧之间压力至制造厂规定压力范围内。

各碳刷压力差不大于10%。

3 碳刷破损1）原因分析。

碳刷发生破损，使得碳刷和滑环接触面积减小，分流量减小，容易引起碳刷过载。

a.碳刷温度高发生破损。

b.碳刷未打磨好发生破损。

c.机组振动大，碳刷有卡涩现象导致碳刷破损。

d.碳刷质量差发生破损。

2）处理方法。

a.碳刷温度高发生破损，查找温度高的原由并消除，将破损碳刷换下后，必须进行调整。

b.碳刷未打磨好发生破损，如打磨时碳刷弧度小，应重新打磨，使碳刷在刷握内活动自如，无振动现象。

c.由于机组振动大，碳刷有卡涩现象导致碳刷破损，应重新打磨和调整碳刷，使碳刷在刷握内活动自如。

d.碳刷质量差发生的破损，尽快更换，保证碳刷质量。

4 碳刷跳动4.1）原因分析。

碳刷跳动使得碳刷磨损增大，磨损增大会使得产生碳粉，大量碳粉使得碳刷卡涩，也有可能造成碳刷发生崩角现象。

a.滑环发生偏心或凹凸不平，引起碳刷跳动。

b.由于碳刷有破裂细块掉在刷握中，引起碳刷跳动。

c.弹簧压力不够，引起碳刷跳动。

d.刷握变形，引起碳刷跳动。

4.2）处理方法。

a.由于滑环发生偏心或凹凸不平，引起碳刷跳动。

在机组检修时，要监督测量发电机滑环偏心度、表面光洁度。

b.由于碳刷有破裂细块掉在刷握中，引起碳刷跳动。

要立即将破损的细碳刷块清除，若破
损严重，及时更换碳刷。

c.弹簧压力不够，引起碳刷跳动。

更换新弹簧夹。

d.刷握变形，引起碳刷跳动。

将碳刷更换。

4.3 通过对发电机碳刷滑环常见故障原因分析，我们发现影响发电机滑环和碳刷安全稳定运行的因素很多，为了能尽量减少故障的发生，保证设备安全稳定的运行，提出几点建议。

4.3.1 检修维护1）机组停运后，对滑环和碳刷以及风道进行吹灰清扫，保证通风冷却效果。

2）机组停运后，测量各碳刷压簧压力合格，保证压簧压力在制造厂家要求范围内，防止因为长期机械劳损和过热，压力变化使得碳刷分流不均。

3）机组大小修期间，对滑环偏心度、椭圆度、表面光洁度进行测量，发现问题及时处理，防止碳刷产生跳动。

4）在机组大小修期间，对刷架和刷握进行，保证刷架和刷握间隙在厂家要求范围内。

4.3.2 运行监督1）按照规定选用正确型号的碳刷，使所有碳刷型号相同，检查碳刷外观是否良好，检查碳刷与铜辨的接触是否紧固。

2）采用直流钳形电流表，对每一只碳刷的电流进行测量，做记录。

对工况差的碳刷进行调整。

3）采用测温装置，对每一只碳刷的温度进行测量，做好记录。

对运行工况差的碳刷进行调整。

4）当碳刷磨损到极限线时（短边为15mm时）应予更换，新碳刷型号与旧碳刷应一致。

若运行中更换，每极最好更换不超过3块。

6.注意事项：
1：电机不宜轻载运行？
电机轻载运行时，会造成：
（1）电机功率因数低；
（2）电机效率低，会造成设备浪费，运行不经济。

电机轻载即：主要是指电机所带动的设备比较轻，没有达到其设计的额定功率，就是实际载荷小于设计载荷，负载率在30%以下。

2：久置不用的电机投入前需要做哪些工作？
（1）测量定子、绕组各相间及绕组对地绝缘电阻。

绝缘电阻R应满足下式：
R＞Un/(1000+P/1000)(MΩ)
Un：电机绕组额定电压（V）
P：电机功率（KW）
对于Un＝380V的电机，R＞0.38MΩ。

如绝缘电阻低，可：
a：电机空载运行2～3h烘干；
b：用10%额定电压的低压交流电通入绕组或将三相绕组串联后用直流电烘，保持电流在50%的额定电流；
c：用风机送入热空气或加热元件加热。

（1）清理电机。

（2）更换轴承润滑脂。

3：不能任意起动寒冷环境中的电机
电机在低温环境中过长会：
欧阳体创编 2021.02.03 欧阳美创编 2021.02.03
（1）电机绝缘开裂；
（2）轴承润滑脂冻结；
（3）导线接头焊锡粉化。

因此，电机在寒冷环境中应加热保存，在运转前应对绕组和轴承进行检查。

4：起动电机前需做哪些工作？
（1）测量绝缘电阻（对低电压电机不应低于0.5MΩ）；
（2）测量电源电压。

检查电机接线是否正确，电源电压是否符合要求；
（3）检查起动设备是否良好；
（4）检查熔断器是否合适；
（5）检查电机接地，接零是否良好；
（6）检查传动装置是否有缺陷；
（7）检查电机环境是否合适，清除易燃品和其它杂物。

欧阳体创编 2021.02.03 欧阳美创编 2021.02.03。