1.1 双馈风力发电机定、转子绕组电气故障诊断研究 ZZD_.ppt
《风电场课件》双馈异步发电机共28页
发电机型号含义
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3、发电机相关参数
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发电机附件
定子每相线圈安装2个PT100； 前后轴承各装有2个PT100； 检测热空气装1个PT100； 内冷外冷电机； 主电刷和接地碳刷均具有碳刷磨损监控装置； 定、转子雷电保护装置；
转子
集电环 刷架
定子、转子接线盒
发电机编码器
发电机的冷却风扇
发电机如果采用空/空冷却方式，空/空冷却器放置在电机 上方，由前端或上方的小通风电机驱动，电机工作时，冷 却器开启工作，电机内部通过转子风扇作用形成内循环风 路，将热空气打到电机上方冷却器的散热器管管路外壁上， 管路外壁吸收电机内部热量；散热器两个轴流风电机组从 机舱内部吸入冷空气并使之仅通过散热器管路内壁，形成 独立于电机的外部风路，把管路外壁吸收的电机热量带走， 从而不断冷却电机。有些电机空冷器部分空间与滑环室相 连，使部分冷却风通过空冷器管道进入滑环室冷却滑环， 并经过滤器将碳粉过滤后吹出。有些电机滑环室，非传动 端轴上安装风扇，冷却风由周围环境吸入经滑环室通过过 滤器吃出机舱。正常冷却是电机工作的必要条件，日常维 护时应定期检查小通风电机接线是否松动、轴承是否正常， 确保其正常工作。
风机并网后的三种状态：
亚同步状态：即转子转速n<同步转速n1=1500rpm时，这个时
候转子旋转磁场和转子转向相同n+n2=n1，转子励磁，只有定 子发电；
超同步状态：即转子转速n>同步转速n1=1500rpm时，这个时
候转子旋转磁场和转子转向相反即n-n2=n1，定子和转子都发 电；
同步状态：即转子转速n=同步转速n1=1500rpm时，此时发电
电气设备故障诊断ppt课件
转子通风系统堵塞并烧损绝缘
当的发电机上
转子线圈匝间短路
绕组绝缘受潮 主要由冷却因素引起
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绝缘及其故障
• 变压器的绝缘故障
绕 绕绕 绕变 事组组组 组压故纵纵 主主器以绝绝 绝绝在及缘缘 缘缘运因故故 故故行套障障 障障中管顶绝缘部裂损坏纹导事故致的，渗从水其引结起构的上纵事艺主绕甚绝可缺至绝故组缘分陷油缘主相损为箱。指要对伤纵变绕是地绝。形组由或缘此、对匝于相和外开主，地间制间裂绝还和绝 造 短。缘有绕缘 中 路事铁组和 的，故心相段 绝使。以间缘绕及其的绝 裕组分次绝缘 度严接是缘不重。开套。够损纵关管破或伤绝坏工缘 ，：
止事故的扩散。 断路器绝缘子破坏，拉杆瓷瓶断裂，橡皮密封垫有缺陷
在电力网中的断路器，按其灭弧介质分为液体介质断路器（如多油断路器与少油 断影断 吹路响路 断器。器 路操） 器作、 等机气 。构体拒介绝质跳断闸路器（发如生压在缩远空方气操断作路断器路和器SF时6断，路会器延）迟、事真故空的断消路灭器，及扩磁大事故 断路器操作机构拒绝合闸，动作不灵 断路器自动跳闸或自动合闸 断路器严重渗油或油变质 断路器运行温度不正常
电力变压器运行中的要求 变压器的故障
电路故障 磁路故障 绝缘油故障 结构方面的故障
分接开关的损坏 表现为动触头和静触头 接触面的烧损，多由于结构缺陷、接触压力 不足、变换位置时接触不准确或电动力与电 弧的作用。
有载分接开关的故障
瓦斯保护动作
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高压断路器的故障
断路器的常见故障 断断路路器器烧是坏变或配爆电炸的重要电气设当备断，路不器仅在可缺以油接情通况和下断切开断线短路路电电流流，，而电且弧当不线能路熄发灭生，将 引故起障断时路，器它烧和坏保甚护至装爆置炸、。自在动断装路置器相切配断合超，过能容迅许速短切路断电故流障时，，以会减造少成停断电路范器围触，头防熔焊。
双馈风力发电机定子绕组匝间短路故障分析
双馈风力发电机定子绕组匝间短路故障分析对风力发电用的双馈式感应发电机的绕组故障形式进行了分析。
分析了定子匝间短路故障电流信号原理，指出了匝间短路的电流信号故障特征，定子匝间短路短路同样引起电机电磁转矩的变化，通过分析电机电磁转矩中的特征频率，可以监测电机的定子匝间短路故障。
标签：双馈式感应电机；绕组故障；匝间短路1、引言风力发电系统一般由风机、传动装置（齿轮箱、传动轴）、风力发电机、变流器、变压器、以及驱动电路组成。
目前风力发电机主要使用双馈式感应发电机。
随着新能源的发展，其装机容量增长十分迅速。
双馈感应发电机本质是一种绕线式异步电机。
由于双馈式风力发电机在运行过程中，随着风速的变化，其发电机旋转速度也在不断随之变化，同时，区别于水力发电机和火力发电机，大规模风电基地往往建立在自然环境恶劣，昼夜温差较大的三北地区。
因而相比于汽轮发电机和水力发电机，双馈式风力发电机的故障率普遍偏高。
为满足能源合理开发利用的需求，必须提高风力发电机的稳定性和可靠性。
双馈感应电机是风力发电系统的核心，风能通过叶片和机械传动装置带动发电机转子，风能转化为机械能负责将机械能转化为电能。
风力发电机的运行状态对风力发电系统至关重要，风力发电机停运和故障会造成巨大经济损失和对电网稳定性造成影响。
因此对风力发电机的故障进行研究具有重要的意义。
双馈感应电机的电气故障中，绕组故障占大部分。
定、转子绕组故障是其绕组故障的主要形式。
其中定子匝间短路故障约占定子绕组故障的50%。
双馈电机的定转子匝间短路故障是一种典型的电机电气故障。
它具有一些与其他故障不同的特点。
这类故障在其故障早期故障现象不显著，长期往往引起更严重的短路故障，其故障演变时间一般较长。
目前针对这一故障已有很多，从电机的阻抗参数出发研究匝间短路故障特征，指出匝间短路会影响电机的阻抗参数，利用有限元法分析电机匝间短路故障前后的电机电磁场，搭建了电机匝间短路的有限元模型，模拟分析电机匝间短路故障。
双馈风力发电机课件
双馈风力发电机是一种可再生能源，使用 清洁能源发电，减少对化石燃料的依赖， 降低环境污染。
挑战
控制策略
双馈风力发电机的控制策略需要精确地控制发电机和电力电子转换器 的运行状态，以确保高效的能量转换和稳定的电力输出。
维护成本
双馈风力发电机的维护成本较高，需要定期检查和维护，以确保其正 常运行。
可靠性问题
双馈风力发电机课件
• 双馈风力发电机概述
01
双馈风力发电机概述
定义与特点
定义
双馈风力发电机是一种风力发电 系统中的重要设备，通过风能驱 动转子旋转，进而产生电能。
特点
具有较高的风能利用率和发电效 率，同时能够实现有功和无功功 率的解耦控制，稳定性较好。
工作原理
工作原理
双馈风力发电机在运行过程中，通过变流器对转子进行能量馈入或馈出，实现 电机侧变换器的有功和无功功率双向流动，进而控制发电机的输出电压和频率。
定期检查并更换磨损严重的部件，如轴承、密封圈等。
检查电气性能
定期检查双馈风力发电机的电气性能，如绝缘电阻、电压、电流等。
故障排除与维修
对维修过程进行记录，以 便日后查阅和参考。
根据故障诊断结果，制定 维修计划并实施。
根据故障现象，分析并确 定故障原因。
故障诊断
维修计划
维修记录
THANK YOU
感谢各位观看
分布式能源系 统
分布式能源系统的概念
分布式能源系统是一种集中开发、分散建设的能源供应方式。在这种系统中，双馈风力发电机作为其中的一部分， 与其他能源供应方式（如燃气、太阳能等）共同为本地用户提供能源服务。
分布式能源系统的特点
分布式能源系统具有节能、环保、高效等优点。通过多种能源的综合利用，可以降低对传统能源的依赖，提高能 源利用效率，同时减少环境污染。
《风电场课件》双馈异步发电机
技术创新 临成本挑战，需要寻求经济可行的技 术方案。
THANKS
02
双馈异步发电机的系统组成
转子绕组
转子绕组是双馈异步发电机的重要部 分，负责产生磁场。它通常由铜线绕 制而成，并安装在转子的铁芯上。
转子绕组的匝数和连接方式对发电机 的性能和电压等级有着重要影响。通 过改变转子绕组的匝数，可以调节发 电机的电压和电流。
定子绕组
01
定子绕组是双馈异步发电机中的 固定部分，负责产生三相交流电 。它由铜线绕制而成，并安装在 定子的铁芯上。
清洁与除尘
保持发电机表面清洁，定期清除灰尘和杂物， 防止对发电机散热造成影响。
油液检查与更换
检查油液的品质和数量，确保油液符合要求， 并及时更换油液。
常见故障及原因分析
电压异常
电压过高或过低，可能是由于发电机 转速不稳定、励磁系统故障或负载不 平衡等原因引起。
振动与噪声
发电机绝缘材料老化或受潮，可能导 致绝缘故障，影响发电机的正常运行 。
智能电网
双馈异步发电机能够适应智能电网的需求，实现与电网的智能互联和优化调度，提高电网的运行 效率和可靠性。
未来发展前景与挑战
市场需求持续增长
政策支持与市场环境
随着可再生能源市场的不断发展，双 馈异步发电机的市场需求将持续增长， 具有广阔的市场前景。
政策支持和市场环境对双馈异步发电 机的发展具有重要影响，需要关注相 关政策动态和市场变化。
保护系统
保护系统是双馈异步发电机的安全保障，用于保护发电机免 受过载、短路等故障的影响。它包括熔断器、断路器、继电 器等组件。
保护系统在发电机出现故障时，能够迅速切断电源或发出报 警信号，以防止故障扩大，确保发电机和风力机的安全运行 。
双馈风力发电机定子绕组匝间短路诊断与实验研究
双馈风力发电机定子绕组匝间短路诊断与实验研究魏书荣;符杨;马宏忠【摘要】当双馈风力发电机定子绕组发生轻微匝间短路时,三相定子电流的时域波形变化比较微小,而三相电流Park'矢量轨迹随着故障变化明显.对双馈电机采用多回路理论进行仿真,并进行动模实验测试,得出了正常及匝间故障情况下的Park'矢量轨迹,通过对Park'矢量轨迹的形状和椭圆环的宽度比较来确定是否短路并估计匝间短路的严重程度.【期刊名称】《电力系统保护与控制》【年(卷),期】2010(038)011【总页数】4页(P25-28)【关键词】双馈电机;定子绕组;匝间短路;Park'矢量轨迹;实验研究【作者】魏书荣;符杨;马宏忠【作者单位】上海电力学院电力与自动化工程学院,上海,200090;上海电力学院电力与自动化工程学院,上海,200090;河海大学电气工程学院,江苏,南京,210098【正文语种】中文【中图分类】TM7110 引言现阶段对风力发电系统的故障的研究，国内外的很多专家都集中在对风力发电机传动系统、液压系统或者齿轮箱的故障诊断上。
利用监测齿轮箱的振动信号对增速齿轮箱的故障情况进行检测和诊断的技术已经发展的较为成熟[1]。
双馈电机作为风力发电系统的核心设备，由于风速的频繁变化和机组运行环境的恶劣，发电机的故障将会随着机组运行时间的增长而增加[2]。
因此，对双馈型异步发电机的故障特征进行研究，掌握它的故障机理和故障特性，将会为双馈风力发电机内部故障诊断提供良好的理论基础。
目前国内外不少学者对双馈风力发电机内部故障的诊断方法已开展了一定的研究工作。
由于双馈型交流励磁风力发电机的转子侧功率流动可以是双向的，因此它具有与一般的异步发电机和同步发电机不同的特点。
一般异步发电机在转子转速低于同步转速时处于电动状态，当转子转速高于同步转速时处于发电状态。
所以在故障诊断方法上也与两种运行状态下的诊断方法类似。
其中定子的故障诊断方法和鼠笼型异步电动机的定子故障诊断有相类似的地方。
科学瞎想系列之六十四双馈电机绕组故障诊断
科学瞎想系列之六十四双馈电机绕组故障诊断双馈是大型风力发电的主流技术之一，目前已装机运行的并网型风力发电机组大多采用这一技术路线。
通常双馈发电机绕组出现故障后很难在塔上维修，必须下塔。
下塔！宝宝们知道下塔吊一钩子要多少妈尼吗？告诉你会吓宝宝们一跳！比宝宝们给老师的打赏还要多！想想！宝宝们打赏都舍不得，要是判断失误，把没毛病的发电机下塔，宝宝们的小心脏还不得疼死啊！通常发电机绕组发生故障会表现出不能并网、机组振动大、发电机发热、变频器报发电机绝缘故障等故障现象，但这些故障现象并不意味着发电机绕组故障是唯一的原因，其它部件的故障也可能引起上述故障现象。
就涉及到一个如何在塔上准确判断绕组故障的问题。
风力发电机组的机舱内空间狭小，加之现场没有复杂的高精尖检测设备，很难对发电机进行全面检测，如何来准确判定发电机绕组故障呢？今天老师就告诉宝宝们几个绝招。
一般人我不告诉他！1 双馈发电机结构及原理。
双馈发电机其实就是一个绕线式的异步电机，其定转子各布置有三相对称绕组。
运行时，定子三相绕组直接并网，转子三相绕组通过滑环碳刷系统与变频器相连，调节变频器输出电流的频率和大小可以调节机组输出的功率、功率因数以及机组的转速，实现变速恒頻输出。
详细的工作原理见老师的科学瞎想系列之五十六。
双馈电机其实就是一个可以旋转的三相变压器，定转子绕组就是变压器的原副边线圈。
2 常规检测方法及其存在的问题。
绕组故障无非是匝间短路、相间短路、绕组对地短路、绕组开路等。
通常的检测办法是测量绕组的直流电阻、绝缘电阻、用匝间耐压测试仪对绕组进行匝间冲击耐压试验、用多功能电机故障诊断仪器测量各绕组的电感、电容和电阻参数等。
这些方法都不太靠谱，一是由于绕组直流电阻很小，只有毫欧级别，受测量时的接触电阻、短路点接触是否可靠以及测量误差等因素影响，故障特征不明显，分辨率很低，因此仅靠直流电阻来判断匝间短路不靠谱，极易出现误判；二是绕组故障时，绕组的自感和绕组之间的互感等参数会随转子位置变化而变化，不能准确判定故障部位，甚至即使绕组正常，由于磁路等方面的非均匀性也会导致电感电容参数的不对称，导致误判；三是匝间测试仪、多功能故障检测设备都是比较昂贵且体积重量庞大的仪器设备，大多是电机生产和检测厂家的专业设备，一般风场都不配置，即使有土豪业主配备，也不便于上塔在机舱内施展。
《双馈式风力发电系统研究》论文答辩PPT(office2010版)
双馈式变速恒频风力发电系统示意图
风力机的分类
按照功率输出的大小分为小型（10kW以下）， 中型（10kW—100kW），大型（100kW以 上）； 结构形式多种多样，大体上可以分为：水平轴风 机，垂直轴风机；
风力机性能参数
风力机产生的功率可以用公式表示：
P—输出功率（W）Βιβλιοθήκη ρ—空气密度v—风速（m/s）
2010年
全球新增风电装机容量
35,802MW 累计装机容量达 158,505MW 同比增长22.64%
图1-1 2003-2010年全球新增风电装机容量（单位：MW，分区域）
第一章 风力发电概述
图1-2 欧盟历年来累计风电装机容量及其增速
2010年，欧盟累计装机容量达84，974MW，同比增长12.24%
双馈感应发电机的等效电路图
第三章 风力机最大风能捕获运行原理
风力机输出功率和转速关系曲线图
最大风能捕获方法的比较
直接转速控制法 是使系统在风速变化时能保持一个最优的叶尖速比， 以获得最大的功率。这种方法控制目标明确，原理简单，易于实现， 但在实际应用中需要监测风速，目前还没有得到广泛应用的精确测量 仪器，风速检测的误差会降低最大风能追踪的效果，现场中风速的检 测就成为本方法难点。 跟踪最佳功率——转速曲线法，基于双馈电机可以进行有功和无功功 率解耦控制，通过双馈电机的有功功率控制来实现最大风能追踪。不 用检测风速，电控系统响应快，稳态误差小，跟踪的准确性高。 爬山搜索法中转速变化量与有功功率变化量成比例关系，但实际上两 者是非线性的关系，从而会影响最大风能的追踪效果；采样周期T如果 不恰当，整个系统可能出现不收敛，或者响应太慢的情况。
分析了实现最优风能捕获的系统控制方法，并对
双馈异步风力发电机电刷滑环系统状态监测与故障诊断研究-CTT PPT课件
7
➢ 建立三维温度场数学模型和求解域物理模型
• 数学模型
在笛卡尔坐标系下求解域内三维非稳态导热的偏微分方程及其边界条件
为
0
c
T
x
k
x
T x
y
k y
T y
y
k
z
T z
q
S1 : T T0
S 2
:k
T n
q0
S 3
:k
T n
(T
Te )
式中：T为物体温度；T0为边界上已知温度分布；Te为周围介质温度；kx、 ky、kz分别为物体在x、y、z方向上的导热系数；r0为材料密度；c为 材料比热；q为热源密度；q0为通过边界面S2的热流密度；n为边界法 向量；a为对流散热系数。
结果收敛 Y
后处理
结束
N 重启并线性 化搜索
9
➢ 电刷滑环系统正常与故障运行状态下热、电场分布
30
30A
A
正 常
5
55A
A
故 障
2020/3/31
10
3. 振动法在刷环系统故障诊断中的应用
故障类型 •电蚀、凹坑 •划痕等
2020/3/31
11
3. 振动法在刷环系统故障诊断中的应用
电刷滑环系统 运行试验平台
2020/3/31
8
• 求解域物理模型及网格划分
3
开始
1 4
5
2 6
1—引线；2—#1电刷； 3—#2电 刷；4—滑环；5—绝缘套管；6— #3电刷；
定义材料属性 建模并划分网格
建立电刷滑环摩擦副
施加热功率载荷 及边界条件
施加电流载荷及 边界条件
求解器设置
双馈风力发电机
轴承故障常见的现象是：过热、噪声过大， 拆下轴承盖后可 见润滑脂中混杂有从轴承上掉下的金属颗粒。此时, 轴承必须 更换。
3、 轴承的维护、保养及更换 发电机在电机制造厂加注了正确牌号和正确数量的润滑脂， 但发电机在风场安装并网前，每端轴承加注80g油脂。 发电机在风场每运行1000 h，每端轴承补充油脂150～180g。 注意： 加注的油脂牌号应正确; 加油人员不得用手直接接触油脂，防止污染，水汽、灰尘等 杂质一旦进入轴承，对轴承的寿命影响很大。 每次加油后，应将排油管中的废油排净。
当必须更换其它牌号油脂时，应先拧下排油管，用加油枪将 润滑脂从轴承加油嘴加油，直至排油口完全挤出新油为止。低 速盘车，将轴承室内多余油脂挤出排油口。
当轴承发生故障需拆下分析故障原因时，必须特别小心，不 得因拆卸而造成损伤,以免与轴承原有的故障现象产生混淆而引 起误判，有故障的轴承拆下后不得进行清洗和其它处理，以利 于分析，判断故障原因。
单位：哈达图风电场 2014年08月·张朕玮
一、 双馈风力发电机的结构及运行原理 二、故障分析和处理方法 三、维护保养 四、保管及使用期限
2
1、双馈型风电机组的构成及原理 2、双馈风力发电机的结构
3
风机
DFWG
母线 变压器
转子侧 转子侧滤波器 变流器
网侧变 流器
直流电容
网侧滤波器
图1 变速恒频双馈风电机组的系统原理图。
绝缘介电性能、噪声、振动、超速、转动惯量等
基于变流器网侧电流的双馈风力发电机转子绕组故障诊断
基于变流器网侧电流的双馈风力发电机转子绕组故障诊断朱玲;王建锋;时维俊【摘要】双馈风力发电机转子绕组状态监测与故障诊断技术能够及时发现并诊断转子绕组故障,有效地降低风电场的运行和维护费用.首先根据双馈风力发电机的数学模型和转子绕组故障模拟方法在电力系统电磁暂态仿真软件(PSCAD)环境中建立转子绕组的故障模型,通过仿真分析出变流器网侧电流的故障特征频率;然后搭建双馈风力发电机的故障实验平台,并对不同运行状态和不同故障程度下的录波数据进行频谱分析,由此验证转子绕组故障时变流器网侧电流的特征频率,且当故障严重程度加剧时,故障特征频率的幅值会增大.【期刊名称】《江苏电机工程》【年(卷),期】2016(035)003【总页数】5页(P76-79,83)【关键词】双馈风力发电机;转子绕组故障;变流器网侧电流;实验平台【作者】朱玲;王建锋;时维俊【作者单位】江苏省电力公司检修分公司,江苏泰州225300;江苏省电力公司检修分公司,江苏泰州225300;江苏省电力公司检修分公司,江苏泰州225300【正文语种】中文【中图分类】TM307近年来随着风电机组装机容量的逐渐增大，以及海上风电的发展，对风力发电机组进行预防性的维护变得非常重要。
这不仅保证了风电机组运行可靠性，而且也有效降低了运行和维护费用，其中海上风电场中的运行和维护费用约占总能源投资成本的30%。
双馈风电机组是目前应用于风力发电的一种主流机型，转子绕组通过电刷和滑环由三相变频双向背靠背变流器接到电网进行励磁。
发电机本身的故障和背靠背变流器故障都可能造成电机不能正常运转。
对这条支路上设备状态检测和诊断的最好方案是通过对变流器网侧电流的检测来实施对设备的状态监测［ 1 ］。
双馈风力发电机组10%的故障是由转子绕组引起的，当发生早期的不平衡故障时，机组仍可继续运行，但若不能及时检测而导致故障严重程度加剧时，将会使转子电流显著增大，转子绕组温度升高，还会引起发电机转速、有功功率等产生振荡，甚至被迫停机。