雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)試驗(yàn)方法

譚曉華 譚新波

摘? 要：發(fā)電機(jī)是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的核心關(guān)鍵部件，該文主要以湘電集團(tuán)1.5MW SKYFF1500-4型電機(jī)為參考，依據(jù)國標(biāo)要求，介紹雙饋異步電機(jī)的試驗(yàn)方案及具體操作。通過試驗(yàn)全面考察風(fēng)力電機(jī)的各種性能，判斷電機(jī)的各項(xiàng)技術(shù)條件和參數(shù)是否滿足國家規(guī)定以及客戶設(shè)計(jì)性能的要求，也為設(shè)計(jì)部門改進(jìn)電機(jī)性能，提高電機(jī)質(zhì)量的可靠性提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)參考和依據(jù)。

關(guān)鍵詞：雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)? ABB變頻器? 電機(jī)試驗(yàn)? 發(fā)電系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TM315? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2020）11（a）-0060-04

Test Method for Doubly Fed Induction Generator

TAN Xiaohua1? TAN Xinbo2

（1. Tianjin University of Technology and Education， Tianjin， 300222 China; 2. Special Electrical Division， Xiangdian Group， Xiangtan， Hunan Province， 411101? China）

Abstract： Take the 1.5MW SKYFF1500-4 motor of XENC as an example， the test methodology of doubly fed induction Generator is introduced according to the national standard requirements in this paper， the purpose of the experiment is to investigate the performance of the motor， determine whether the technical conditions and parameters meet the requirements of the state regulations and the requirements of the customers. It also provides the reference and basis for the design department to improve the performance and reliability of the motor.

Key Words： Doubly fed induction generator; ABB inverter; Motor test; Power generation system

我國風(fēng)能資源豐富，合理科學(xué)利用風(fēng)力資源，能解決能源緊缺及環(huán)境污染等問題。風(fēng)力發(fā)電機(jī)利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，通過齒輪增速機(jī)提高轉(zhuǎn)速，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電把風(fēng)能轉(zhuǎn)化成電能。發(fā)電機(jī)是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的核心關(guān)鍵部件，直接關(guān)系到風(fēng)場(chǎng)發(fā)電的效率以及風(fēng)力發(fā)電的質(zhì)量。隨著國家大力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的質(zhì)量和可靠性越來越受重視。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的是雙饋異步發(fā)電機(jī)，是一種繞線式轉(zhuǎn)子電機(jī)。由于其定、轉(zhuǎn)子都能向電網(wǎng)饋電，故簡稱雙饋電機(jī)。為適應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)市場(chǎng)需求，湘電集團(tuán)成功研發(fā)了多種型號(hào)的雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，該文主要以1.5MW SKYFF1500-4型電機(jī)為參考，介紹雙饋異步電機(jī)的試驗(yàn)方案。

1? 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的試驗(yàn)項(xiàng)目

雙饋異步電機(jī)的試驗(yàn)分為型式試驗(yàn)和出廠試驗(yàn)。型式試驗(yàn)的目的就是全面考察被試驗(yàn)的電機(jī)各種性能，判斷電機(jī)的各項(xiàng)技術(shù)條件和參數(shù)是否滿足國家規(guī)定及客戶設(shè)計(jì)性能的要求，也為設(shè)計(jì)部門改進(jìn)電機(jī)性能，提高電機(jī)質(zhì)量的可靠性提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)參考和依據(jù)。出廠試驗(yàn)是在型式試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行滿足客戶要求的試驗(yàn)項(xiàng)目。型式試驗(yàn)包含有出廠試驗(yàn)的試驗(yàn)項(xiàng)目。

1.1 試驗(yàn)前的準(zhǔn)備

（1）查看電機(jī)是否正確耦合在試驗(yàn)臺(tái)位上，聯(lián)軸器防護(hù)罩是否裝好，被試驗(yàn)電機(jī)是否設(shè)立安全警示標(biāo)志。

（2）檢查電機(jī)本身送試狀態(tài)是否合格，是否掛送試卡，檢查電機(jī)各種配件是否已經(jīng)裝配好，查看滑環(huán)室是否有異物等。

（3）用雙惠電橋測(cè)量電機(jī)直流冷態(tài)電阻與絕緣電阻。測(cè)量電機(jī)各鉑熱電阻是否良好，檢查記錄冷態(tài)下鉑熱電阻溫度值，以及用500 MΩ搖表測(cè)量其絕緣性。

（4）用1000 MΩ搖表測(cè)量電機(jī)的絕緣性，定轉(zhuǎn)子的絕緣電阻必須不低于500 MΩ。

（5）電機(jī)接線，并確認(rèn)接線正確，測(cè)試電機(jī)冷卻器轉(zhuǎn)向是否正確。

1.2 電機(jī)溫升試驗(yàn)

溫升是指電子電氣設(shè)備中的各個(gè)部件高出環(huán)境的溫度。雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的溫升試驗(yàn)包括額定溫升試驗(yàn)、過載溫升試驗(yàn)以及等效溫升試驗(yàn)等，用于判斷發(fā)電機(jī)在不同狀態(tài)下，電機(jī)的散熱情況、電機(jī)的運(yùn)行狀況、電機(jī)軸承運(yùn)行情況等。是雙饋電機(jī)試驗(yàn)的一種非常重要項(xiàng)目。該文主要以ABB ACS800-67變頻器和異步發(fā)電機(jī)組成的試驗(yàn)平臺(tái)，簡單介紹1.5 MW異步雙饋電機(jī)的溫升試驗(yàn)。試驗(yàn)前須根據(jù)試驗(yàn)原理圖，在雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)試驗(yàn)操作界面上合上QF1、KM7，檢查拖動(dòng)機(jī)風(fēng)機(jī)與風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)向是否正確。

1.2.1 拖動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和調(diào)節(jié)

在雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)試驗(yàn)操作界面上，啟動(dòng)后設(shè)定轉(zhuǎn)速為500 r（風(fēng)力發(fā)電機(jī)伸端逆時(shí)針轉(zhuǎn)）或-500 r（風(fēng)力發(fā)電機(jī)伸端順時(shí)針轉(zhuǎn)），拖動(dòng)機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，等實(shí)際轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速時(shí)方可繼續(xù)升速或降速，空載時(shí)每次調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速最大不超過500 r（注意先啟動(dòng)變頻器，在設(shè)定轉(zhuǎn)速啟動(dòng)拖動(dòng)機(jī)，以免啟動(dòng)電流過大，損害變頻器）。

1.2.2 變頻器操作軟件DRIVE WINDOW的操作

打開操作軟件[3]，（1）取得控制權(quán)（LOCAL）;（2）復(fù)位故障（RESET）設(shè)置試驗(yàn)電機(jī)的試驗(yàn)參數(shù);（3）設(shè)置MONITOR（用于電機(jī)運(yùn)行時(shí)波形即時(shí)監(jiān)測(cè)），選中MONITOR窗口中通道1～6，按delete鍵刪除，點(diǎn)擊LOCK/UNLOCK ITEMS鍵將要監(jiān)視的項(xiàng)鎖定，再點(diǎn)擊ADD MONITORED ITEMS鍵將該項(xiàng)以波形在窗口中顯示，設(shè)置1～6通道為以下：

（1）01.01：MOTOR SPEED發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量值;

（2）02.01：STATOR IS（RMS）定子電流有效值;

（3）01.10：DC VOLTAGE直流母線電壓;

（4）01.11：MAINS VOLTAGE電網(wǎng)電壓;

（5）02.02：STATOR VOLTAGE定子電壓測(cè)量值;

（6）02.06：ROTOR IR（RMS）轉(zhuǎn)子電流有效值。

1.2.3 取得同步圖形。

選中DATALOGGER窗口，點(diǎn)擊UPLOAD DATALOGGER鍵。獲得同步圖形，如圖1所示才能進(jìn)行并網(wǎng)。

1.2.4 并網(wǎng)

設(shè)置參數(shù) 21.02： DISABLE MCB CLOSE YES NO 30.04： STATOR CURR TRIP 500 0

點(diǎn)擊傳動(dòng)啟動(dòng)按鈕后，SACE吸合，INU圖標(biāo)變綠傳動(dòng)開始運(yùn)行，并網(wǎng)成功。并網(wǎng)后可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行即時(shí)監(jiān)控。

1.2.5 加/減負(fù)載與停車

更改以下兩個(gè)參數(shù)可以進(jìn)行有功和無功調(diào)節(jié)。

25.04： TOPQUE REF A轉(zhuǎn)矩給定（有功給定）：每次加載或減載值不超過10。

24.01： LOCAL REACT PREF無功給定：每次加載或減載值不超過10。

調(diào)節(jié)拖動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速到發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，使用ABB的變頻控制軟件DriveWindow并網(wǎng)，增加負(fù)載和無功，使得發(fā)電機(jī)運(yùn)行在額定工況下連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)繞組溫度1h內(nèi)變化小于1K時(shí)，認(rèn)為發(fā)電機(jī)溫升達(dá)到穩(wěn)定。注意在溫升過程中時(shí)刻注意拖動(dòng)機(jī)運(yùn)行的各項(xiàng)參數(shù)時(shí)候正確，發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的各項(xiàng)技術(shù)數(shù)據(jù)是否滿足要求。停車：（1）負(fù)載全部降為0;（2）按STOP鍵斷開并網(wǎng)開關(guān);（3）再降轉(zhuǎn)速停車（注：一定按先后順序）。

1.3 發(fā)電機(jī)的工作特性曲線的測(cè)定和繪制

參考GB/T 1032三相異步電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)方法，溫升試驗(yàn)后，發(fā)電機(jī)仍處于熱態(tài)時(shí)，在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，保持定子額定電壓，在不同轉(zhuǎn)速下給定相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩（有功）和功率因素為1的條件下，分別采集輸出總功率P、定子功率P、轉(zhuǎn)子有功功率、定子電壓、電流等。型式試驗(yàn)一般要求測(cè)量功率因素為1，以及在感性0.95和容性0.95下的功率曲線。所得功率特性見圖1。特殊情況下，根據(jù)客戶要求也可以測(cè)量在不同的感性或者容性條件下的功率特性。

1.4 軸電壓的測(cè)量

發(fā)電機(jī)組由于某些原因引起發(fā)電機(jī)組軸上產(chǎn)生了電壓，如果在安裝或運(yùn)行中，沒有采取足夠的措施，當(dāng)軸電壓足以擊穿軸與軸承間的油膜時(shí)，便發(fā)生放電，會(huì)使?jié)櫥鋮s的油質(zhì)逐漸劣化，嚴(yán)重者會(huì)使軸瓦燒壞，被迫停機(jī)造成事故。所以，在運(yùn)行中，測(cè)量檢查發(fā)電機(jī)組的軸及軸承間的電壓是十分必要的，對(duì)于檢修機(jī)組判定軸瓦絕緣是否良好具有重要意義。

1.5 堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)

堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)在發(fā)電機(jī)冷態(tài)下進(jìn)行，在軸伸端，使用撬棍把電機(jī)轉(zhuǎn)子堵住，給定子施加約200 V左右電壓，給定50 Hz的額定頻率，緩慢調(diào)節(jié)定子電壓使得定子電流不斷增大到1.25倍額定電流開始，然后在逐步降低電壓，并采集相應(yīng)電壓下的三相電流、輸入功率。停機(jī)后立刻測(cè)量定子電阻的阻值。做出電流、輸入功率和堵轉(zhuǎn)電壓的關(guān)系曲線。

1.6 噪聲測(cè)定、振動(dòng)、超速以及短時(shí)升高壓

把發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子三相短接，定子給定電壓以及頻率，使得發(fā)電機(jī)作電動(dòng)機(jī)變頻運(yùn)行。在空載電動(dòng)工況下運(yùn)行，按照國標(biāo)GB/T 10069.1-2006、GB 10069.3-2008相關(guān)規(guī)定要求進(jìn)行測(cè)試。

發(fā)電機(jī)在熱態(tài)下空載運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)頻率使得電機(jī)應(yīng)能承受2 200 r/min的超速試驗(yàn)，持續(xù)時(shí)間為2 min，不發(fā)生損壞和有害變形;發(fā)電機(jī)型式試驗(yàn)中應(yīng)該能承受2 400 r/min的超速試驗(yàn)，持續(xù)時(shí)間為3 min，不發(fā)生損壞和有害變形;電機(jī)做空載運(yùn)行于額定轉(zhuǎn)速下，水平剛性固定，使用測(cè)振儀分別測(cè)量軸伸端和非伸端徑向軸向和垂向的振動(dòng)位移、速度、加速度的值，測(cè)量是否符合國標(biāo)或者滿足客戶要求。電機(jī)做空載運(yùn)行于額定轉(zhuǎn)速下，調(diào)節(jié)定子繞組的電壓到1.3倍額定電壓，歷時(shí)3 min的空載過電壓而不發(fā)生繞組對(duì)地絕緣擊穿現(xiàn)象或者其他有害情況。

1.7 對(duì)地耐電壓

發(fā)電機(jī)在熱態(tài)下，定、轉(zhuǎn)子繞組對(duì)地應(yīng)該能承受下列規(guī)定的耐壓試驗(yàn)，不應(yīng)該發(fā)生絕緣擊穿和閃絡(luò)。試驗(yàn)電壓頻率為50 Hz，定子繞組為2 400 V，轉(zhuǎn)子繞組為4 600 V;試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間為 1min。

2? 結(jié)語

該文依據(jù)國標(biāo)要求以及電機(jī)的技術(shù)條件和試驗(yàn)大綱，介紹了雙饋電機(jī)的一些基本原理、試驗(yàn)設(shè)備以及試驗(yàn)的方法。該文有助于新試驗(yàn)員工的入職培訓(xùn)以及雙饋發(fā)電機(jī)的一些試驗(yàn)規(guī)范。

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