CAT蓄电池关于风力发电机滑环打火故障分析

【摘要】按照统计情况来看，风力发电机滑环所出现的打火故障，在风力发电机转子故障之中占比大概有20%，然而，能够致使滑环打火的缘由，复杂且多样到难以进行处理这一步。在本文当中，主要凭借针对东气四川鲁北风场滑环多次出现的打火故障展开分析，进而阐述了滑环打火的解决办法。

【关键词】风电；集电环；打火故障

风力发电机运行时，因碳刷材质特殊，碳刷磨损会产生碳粉，这些碳粉会不同程度堆积在集电环表面，尤其在湿热环境下，可能影响电机正常运行，电机运行环境不佳时，外界粉尘异物有可能污染集电环，同样会引发环体打火问题 。

1 概述

2020年，有一个风场反馈，现场的一台机组，自从2017年投入运行以来，已经发生了5起集电环打火故障，存在着安全方面的隐患，接到通知之后，我们公司马上派遣服务的人员去到风场进行排查 。

2 现场调查

身处现场，登上塔去，针对1#机组，对其发电机滑环室展开排查，同时，针对2#机组，也对其发电机滑环室展开排查，具体情况如下：

2.1 1#机组情况

打开集电环室的盖板，看到集电环L相的环面，有着打火所留下的痕迹，还有明显的沟痕，其表面并不平整存在着高点哩，刷盒的表面因为现场环境潮湿而锈蚀，存在着打火的隐患。

2）针对1#机组来开展更换集电环的操作，同时更换恒压簧、刷盒，在完成更换之后，各相间的绝缘电阻大于500MΩ，并且对地绝缘电阻也是大于500MΩ，而且跳动量处于0.03mm以内。

3）对集电环室进行清理，要清刷辫，还要清刷盒内的碳粉，接着更换为防水型碳刷，现场用于收集碳粉的海绵在前期就已经被拆除，并且风路处于畅通状态 。

4）在刷盒底部，贴上测温纸，对碳刷温度进行监控。

对此次更换下来的碳刷，进行尺寸检测，碳刷暂时没有发现开裂的情况，也没有发现鼓涨的情况，并且尺寸合格 。

1. 对此次更换下来的压簧要做检测这件事。 2. 其压力值处于1500至1700这个范围之内。 3. 该压力值满足使用需求这一情况。 4. 并且不见明显不良的状况。

2.2 2#机组情况

2#号风机，于2019年11月份，进行了集电环、刷盒、压指、碳刷的更换操作，自更换后运行直至如今，都未曾出现打火现象，暂时处于运行稳定的状态，接下来要登上风机，去检查集电环实际的运行状态。

那儿的集电环室内出现了碳粉堆积得情况，都没有及时去清理那些碳粉，然后在现场针对集电环室开展清理工作，最终让集电环室恢复到清洁的状态了。

2）对压簧压力值展开检测，所有压力值范畴均处于1600至1750之间，此压力值符合合格标准。

首先，将发电机转子进行连接，接着，对集电环对地绝缘情况展开检测，其结果显示正常，并且，该绝缘电阻大于500MΩ 。

4）目视集电环环面，氧化膜形成，环面无高点。

5）检查电刷尺寸合格，弧面光洁度略差，无鼓胀、开裂。

6）鉴于这台风机的碳刷底面光洁状态略微欠佳，并且四川区域的潮湿度较高，采用测温纸来开展温度检测，检测完毕后将其碳刷更换成具备防水性能的碳刷。

2.3 现场监控温度数据

三天过后，在现地进行了运行，然后针对两台风机开展了温度采集工作，最高温度处于 99℃，这里面两台发电机，旧的碳刷以及新型防水碳刷的温度大体上是一样的。由于在最近的阶段里不存在长时间的大风情况，所以效果并不显著，在后期运行的时候要持续留意测温帖的温度变化情形。

3 故障原因分析

1）前期，2台发电机的滑环，一共出现了5次打火情况，在2018年，首次出现打火时，原因全部都是集电环室被碳粉堵塞，且通风状况不佳，进而致使集电环室温度长时间处于高温运行状态，电刷发生卡塞现象，最终造成集电环打火。

2）在前期打火之后，仅仅是针对集电环的表面做了简单的打磨抛光处理 ，并没有将全部的碳刷进行更换 ，压簧（仅仅更换了打火相对应的碳刷） ，防尘海绵也没有全部拆除 ，而是预留了两层 ，这就使得集电环的环面存在着高点 ，并且碳刷已然存在卡塞的隐患 、机组仍旧在带病运行 ，进而致使在运行了一段时间之后出现了二次打火的现象 。1号风机在18年排查的时候 ，就已经出现了碳刷卡塞的情况 ，当时因为现场没有碳刷备件 ，所以没有进行更换 ，只是简单地对碳刷做了打磨 ，从而导致运行到2018年12月1号时机组出现了打火 。

3）现场环境常年处于潮湿状态，现场加热器的设置中，开启温度设定为5℃，当达到10℃时停止工作。它无法对集电环室发挥除湿防潮的功效，在这类潮湿环境里，碳刷刷辫持续遭到氧化，致使阻值升高，电刷分流出现不均的情况，进而造成碳刷运行温度上升，这也是诱发后期集电环打火的一个因素。

4）关乎集电环参数以及电流密度事宜，鉴于前期打磨有可能致使的滑环圆度欠缺，此次替换了全新的集电环，其型号跟原来的集电环一样，是S320P - G4，该集电环具有相应参数，额定电压为2000V，额定电流是850A，相间爬电距离大于或等于70mm，电气间隙大于或等于45mm，爬电距离大于或等于70mm，滑环直径为320mm，额定转速是1200r/min，表面粗糙度Ra处于0.8至1.6这一范围，能够满足使用需求。此型号发电机之上，总共运用相碳刷十八个，每一个相的数量是六个，相碳刷的规格是四十乘以二十乘以一百，依据转子电流以及接触面积来进行计算，能够得到如下这般的数据：

功率因数	0.95（cap）	1	0.95（ind）
转子电流（A）	834	703	662
电流密度（A/cm2）	17.375	14.646	13.792

对电流密度进行选择的时候，选取12至18A/cm2是比较适宜的情况，其最大可以达到20A/cm2，所以发电机的滑环以及碳刷的选择是符合相应要求的。

4 结论及总结

通过此次排查，发电机多次打火的原因如下：

1）滑环室出现了碳粉堆积现象，在此次排查期间，两台电机都存在着不同程度的碳粉堆积情形，个别位置的碳粉已然硬化，在现场得借助锉刀才能够清理下来 。

前期故障，更换碳刷之际，并非全部予以更换，存在个别具有隐患的碳刷，此等碳刷持续运行，进而造成二次故障 。

前期，对滑环进行打磨，其效果不太好，表面依旧存有细微的高点，经过长时间运行，故障再次出现 。

相比两兆瓦的电机，有着二点三兆瓦的发电机，其转子电流更大，与之相应的是，发热量增多，滑环室的温度，也相对较高，当发电机长时间处于满功率运行的状态时，碳刷、刷盒会因为受热而膨胀起来，配合间隙随之减小，在这个时候，碳刷的磨损速度是比较快的，要是碳粉清理得不及时，就容易造成卡刷的情况。

5 建议处置方案

1）按照用户手册的要求，定期针对集电环室开展碳粉清理工作，清理之际要留意，把滑环、刷架、刷盒、刷辫、压指、出风口处的碳粉都予以清理。

2）加热器开启条件发生变更，变为当滑环室内温度低于滑环室外环境温度值，且该差值超过5℃的时候，加热器才开始工作，而当滑环室内温度高于环境温度5℃时，加热器停止工作，如此这般才能保证集电环室内保持相对干燥的工作环境。

3）拆除除尘箱内的隔板至一层，增大通风散热。

4）为确保机组能够正常运行，5#机组所拆除的滑环专业，在经过修复之后，再重新返回至现场，被用作备件来使用。

通过增添滑环室散热风扇，强化集电环室通风，于长时间满发之际，能够及时把多余的碳粉排出，与此同时，降低滑环室温度，让碳刷始终维持在良好运转工况，减少因高温致使卡刷所引发的打火故障出现。

6 结束语

1. 经过改进之后，风场之中再也没有出现过滑环打火故障。 2. 这表明原因查找是明确的。 3. 同时方案制定也是合理的。 4. 在后续其他现场出现故障的时候，能够以此作为参考。 5. 进而提高维修效率。 6. 以此降低机组停机情况。 7. 最终保证发电量 。