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风电发电机轴电流解决方案

发布时间:2019-4-24 9:56:07

1.     轴电电流产生原因

由于风电机组变频器采用PWM的调制方式,功率器件在快速开关时刻不可避免地产生电压尖峰,该尖峰的电压变化率(dv/dt)极高,可超过3000V/s,该尖峰电压对应的频率约为1MHz,可以轻易地通过传动系统的寄生电容、寄生电感耦合电机的轴,再传导(或通过绝缘层容性耦合)轴承内圈,击穿油膜后传导轴承外圈,外圈通过传导(或通过容性耦合)与地形成回路,产生高频轴承电流。


2.
轴电电流的危害
    2.1
损坏润滑油的润滑性能
     
润滑油在轴承旋转过程中会产生油膜,所形成的寄生电容记为Cb,Cb电容值大小主要受油膜厚度的影响。风电机组在高空摆动情况下降造成轴承油膜不稳定,一旦Cb上的电压高于油膜能承受的电压时,油膜被击穿。油膜在被击穿的同时,润滑油被电解,导致润滑油性能下降。在对轴承内圈、外圈的绝缘测试时发现,新轴承可以承受的电压在1000V左右,而旧轴承的绝缘已基本消失,即润滑油脂的电解是一个不可逆的过程。
     2.2
对轴承造成电腐蚀

在润滑油膜被击穿后,Cb内存储电荷通过极小的击穿点导通放电,在轴承滚到表面微小的金属面产生极高的电流密度,瞬间产生极高的热量使放电点的金属熔化,形成凹坑。随着风电机组运行时间的增加,由于高频电压击穿油膜放电而持续形成的轴承表面凹坑不断增多,破坏轴承内圈、滚动体、外圈的光洁度,逐渐积累形成了滚动体表面肉眼可见的搓衣板,终导致轴承由于游戏过大、震动过大、温升过高等因素失效。

3. 改进措施

针对轴电电流,我们提出的改进措施是发电机驱动轴端安装轴接地环。利用特殊导电纤维材料,引导诱发的轴电流通过端盖接地,从而避免轴电流对轴承及相关设备造成损坏,有效解决轴电压问题,避免轴承的电蚀损害。变频电机及其耦合设备是电蚀防护环的主要应用领用。对比传统的碳刷,绝缘轴承等解决方案,具有高效,免维护,寿命长,易安装点。目前国际主流的电机厂商均已将电蚀防护环作为解决轴电压的标准配置,例如ABB, GE, Siemens, Balder

轴接地环特性:
● OEM
安装或现场改造安装
适用寿命长,免维护
分体设计,安装简便
模块化设计,可适用于各种型号电机
可结合轴承隔离器使用,解决轴电流的同时可为轴承提供高达IP66等级的防护

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