楊建軍

摘 要：本文主要以單繞組雙速電機(jī)為例介紹了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中雙速電機(jī)的繞組連結(jié)方式，基本控制電路并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用提出一些日常使用中應(yīng)該注意的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：雙速電機(jī) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 加熱帶 可利用率

中圖分類號(hào)：TM3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）05（c）-0111-02

并網(wǎng)前后都需要電網(wǎng)支持的并網(wǎng)型兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組已經(jīng)成為目前風(fēng)力發(fā)電組的發(fā)展趨勢(shì)。兆瓦級(jí)以下機(jī)組通過(guò)三相異步鼠籠電機(jī)帶動(dòng)油泵給齒輪箱冷卻潤(rùn)滑。但是兆瓦級(jí)以上機(jī)組用此種方法已經(jīng)無(wú)法滿足齒輪箱正常運(yùn)轉(zhuǎn)。為此我們使用雙速電機(jī)帶動(dòng)油泵加速齒輪箱油的循環(huán)以及使齒輪箱油經(jīng)過(guò)油冷卻器強(qiáng)制風(fēng)冷[1]。

1 雙速電機(jī)的使用

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過(guò)齒輪箱將葉輪的低轉(zhuǎn)速高扭矩轉(zhuǎn)換為高轉(zhuǎn)速低扭矩，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。雙速電機(jī)主要應(yīng)用在齒輪箱的油泵與油冷卻器上作為動(dòng)力源，如圖1所示。雙速電機(jī)屬于異步電動(dòng)機(jī)變極調(diào)速，在結(jié)構(gòu)上定子槽內(nèi)嵌有兩個(gè)不同極對(duì)數(shù)的共有繞組，通過(guò)外部控制線路的切換來(lái)改變電機(jī)定子繞組的接線方式來(lái)實(shí)現(xiàn)變更磁極對(duì)數(shù)，從而改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速[2]。

雙速電機(jī)首先用在油泵上，帶動(dòng)油泵使得齒輪箱中的油不斷的循環(huán)；但長(zhǎng)時(shí)間的機(jī)組運(yùn)行使得油溫居高不下，為了使齒輪箱油溫迅速下降以便更好的冷卻與潤(rùn)滑齒輪本身，就要在油循環(huán)過(guò)程中增加油冷卻器，通過(guò)雙速電機(jī)帶動(dòng)風(fēng)扇對(duì)通過(guò)冷卻器中的油降溫。油泵電機(jī)與油冷卻器電機(jī)控制過(guò)程基本一樣，唯一不同的就是它的運(yùn)行條件。

在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中雙速電機(jī)速度變化是以△連接換為YY連接為主，主要是因?yàn)殡姍C(jī)功率在3KW以上。我們主要以油冷卻電機(jī)為主說(shuō)明的它的控制過(guò)程。電機(jī)主回路采用電機(jī)保護(hù)專用小型斷路器以此省去熱繼電器，它具有過(guò)載，短路，過(guò)流保護(hù)以及額定電流可調(diào)功能。閉合主回路斷路器，當(dāng)齒輪箱油溫達(dá)到45℃以上，控制系統(tǒng)PLC給出一個(gè)指令通過(guò)繼電器控制交流接觸器的線圈，接觸器主觸點(diǎn)閉合，如圖2所示U1，V1，W1 接入三相電源，電機(jī)在三角形連接下低速運(yùn)行。

由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的持續(xù)滿負(fù)荷運(yùn)行使得油溫持續(xù)上升，當(dāng)油溫大于等于60℃時(shí)，控制系統(tǒng)PLC發(fā)出指令通過(guò)繼電器使第二個(gè)交流接觸器將電機(jī)定子線圈的三個(gè)抽頭短接在一起，如圖2所示U2，V2，W2三個(gè)抽頭短接在一起，電機(jī)的連接方式變?yōu)殡pYY連接，極對(duì)數(shù)P變?yōu)槿切芜B接時(shí)的1/2，根據(jù)轉(zhuǎn)速公式可知轉(zhuǎn)速為原來(lái)的2倍，因此電機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)[3]。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組作為一大型的發(fā)電系統(tǒng)，它的控制過(guò)程與一些工程實(shí)際中的雙速電機(jī)控制有一些差別，交流接觸器的動(dòng)作主要靠PLC的邏輯運(yùn)算，運(yùn)用24V直流電通過(guò)繼電器控制交流接觸器的線圈并非啟動(dòng)按鈕。

齒輪箱油冷卻電機(jī)的控制過(guò)程與油泵電機(jī)基本一樣，唯一區(qū)別的就是邏輯條件，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到300 rpm時(shí)，電機(jī)繞組在△連接下低速運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)齒輪箱油溫達(dá)到35℃時(shí)，電機(jī)繞組變?yōu)閅Y方式高速運(yùn)轉(zhuǎn)。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的油泵電機(jī)與油冷卻器電機(jī)主要起冷卻與潤(rùn)滑作用，所帶的負(fù)載分別是油泵和風(fēng)扇屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，采用鼠籠式異步電機(jī)，控制電路簡(jiǎn)單易維修成本低，無(wú)附加差基損耗，效率高[4]。

2 安裝地點(diǎn)的影響

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一般安裝在沿?；虮狈胶涞母咴貛?，電機(jī)處于這種環(huán)境容易結(jié)露、結(jié)霜，造成電機(jī)絕緣性能下降，易使電機(jī)損壞。雖然電機(jī)均選用IP55的防護(hù)等級(jí)，仍然在環(huán)繞電機(jī)的定子繞組驅(qū)動(dòng)端部安裝防潮加熱帶對(duì)電機(jī)整體加熱，使電機(jī)繞組的溫度始終高于環(huán)境溫度5 ℃以上，保護(hù)電機(jī)軸承。一般選用25 W或40 W的加熱帶，加熱帶的工作是通過(guò)PLC控制系統(tǒng)程序控制繼電器的通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)的，主要在長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)以及電機(jī)工作環(huán)境的溫度濕度條件決定的。

在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中油冷卻電機(jī)以及油泵電機(jī)的運(yùn)行邏輯條件會(huì)根據(jù)風(fēng)力風(fēng)電機(jī)組的容量安裝地點(diǎn)的不同有所差異。比如以內(nèi)蒙古這種高海拔風(fēng)資源豐富的高寒地區(qū)，風(fēng)能利用小時(shí)數(shù)高于其他地區(qū)，油冷卻電機(jī)和油泵電機(jī)采用雙速電機(jī)以保證齒輪箱以最佳工況運(yùn)行。在南方地區(qū)雖然年平均氣溫比較高，但風(fēng)能年利用小時(shí)數(shù)低，油冷卻電機(jī)及油泵電機(jī)△連接方式即低速運(yùn)轉(zhuǎn)。如果機(jī)組容量在2 MW及以上且安裝在風(fēng)能利用小時(shí)數(shù)高地區(qū)，單獨(dú)一個(gè)油冷卻器仍然無(wú)法迅速降溫，可以采用兩個(gè)油冷卻器串聯(lián)，由兩個(gè)電機(jī)對(duì)其降溫處理。

3 日常維護(hù)

根據(jù)風(fēng)場(chǎng)一年中齒輪箱油泵及油冷卻系統(tǒng)故障類型統(tǒng)計(jì)如表1所示，在實(shí)際應(yīng)用中我們需要注意以下幾點(diǎn)。

（1）定期維護(hù)時(shí)我們應(yīng)該檢查電機(jī)的固定情況以及通過(guò)控制系統(tǒng)給其指令檢查其運(yùn)轉(zhuǎn)情況，電機(jī)轉(zhuǎn)向聲音是否正常，防患于未然。

（2）電機(jī)出現(xiàn)故障大多數(shù)是因?yàn)楹蠖松w軸承缺油導(dǎo)致轉(zhuǎn)子掃膛，定期檢查轉(zhuǎn)子軸承固定情況并及時(shí)添加潤(rùn)滑油。

（3）在調(diào)試階段，最好對(duì)該風(fēng)場(chǎng)該機(jī)型雙速電機(jī)接線情況檢查一下，確定是否雙速都接，設(shè)計(jì)時(shí)都是采用雙速電機(jī)，但因各地環(huán)境差異導(dǎo)致接線方式不一樣，主要是以控制系統(tǒng)PLC程序?yàn)橹?；曾?jīng)在南方某風(fēng)場(chǎng)在臺(tái)風(fēng)前夕，風(fēng)機(jī)一直報(bào)齒輪箱油壓低故障，油冷卻器電機(jī)只接低速，油溫太高，潤(rùn)滑油比較稀，通過(guò)油管的油壓低于設(shè)定值機(jī)組一直報(bào)故障；當(dāng)將油冷卻電機(jī)改為高速運(yùn)轉(zhuǎn)不久故障消除。這種臺(tái)風(fēng)過(guò)境下情況是很少見(jiàn)的，所以當(dāng)時(shí)PLC程序設(shè)計(jì)時(shí)未考慮這一特殊情況導(dǎo)致這一故障發(fā)生，作為現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員必須了解并記錄這一特殊情況。

（4）雙速電機(jī)更換時(shí)一定要對(duì)新電機(jī)軸承的固定運(yùn)轉(zhuǎn)及電機(jī)轉(zhuǎn)向做一檢查，高低速不能接反，因?yàn)橛袝r(shí)在低風(fēng)速下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組欠功率運(yùn)行齒輪箱油溫上升慢，即使接反有可能也不會(huì)報(bào)故障，但在高風(fēng)速時(shí)就會(huì)出現(xiàn)油溫高的停機(jī)故障，影響發(fā)電量。

（5）做好故障電機(jī)統(tǒng)計(jì)工作建立設(shè)備檔案，對(duì)于電機(jī)存在的批次問(wèn)題可以高效地解決，對(duì)新問(wèn)題可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)早作預(yù)警，提高風(fēng)機(jī)可利用率。

4 結(jié)論

雙速電機(jī)在兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的應(yīng)用主要是隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組容量增加導(dǎo)致齒輪箱變比提高而產(chǎn)生的，雖然它的控制過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，但其作用不容忽視，正確及時(shí)的維護(hù)對(duì)提高風(fēng)電機(jī)組可利用率意義重大。

參考文獻(xiàn)

[1] [美]Ahmad Hemami，著.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組技術(shù)與應(yīng)用[M].張春朋，譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013：152-153.

[2] 李發(fā)海，王巖.電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012：298-299.

[3] 萬(wàn)芳瑛.電機(jī)拖動(dòng)與控制設(shè)計(jì)[M].北京：北京大學(xué)出版社，2013：87-88.

[4] 戴文進(jìn)，肖倩華.電機(jī)與電力拖動(dòng)基礎(chǔ)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012：159.endprint

摘 要：本文主要以單繞組雙速電機(jī)為例介紹了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中雙速電機(jī)的繞組連結(jié)方式，基本控制電路并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用提出一些日常使用中應(yīng)該注意的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：雙速電機(jī) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 加熱帶 可利用率

中圖分類號(hào)：TM3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）05（c）-0111-02

并網(wǎng)前后都需要電網(wǎng)支持的并網(wǎng)型兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組已經(jīng)成為目前風(fēng)力發(fā)電組的發(fā)展趨勢(shì)。兆瓦級(jí)以下機(jī)組通過(guò)三相異步鼠籠電機(jī)帶動(dòng)油泵給齒輪箱冷卻潤(rùn)滑。但是兆瓦級(jí)以上機(jī)組用此種方法已經(jīng)無(wú)法滿足齒輪箱正常運(yùn)轉(zhuǎn)。為此我們使用雙速電機(jī)帶動(dòng)油泵加速齒輪箱油的循環(huán)以及使齒輪箱油經(jīng)過(guò)油冷卻器強(qiáng)制風(fēng)冷[1]。

1 雙速電機(jī)的使用

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過(guò)齒輪箱將葉輪的低轉(zhuǎn)速高扭矩轉(zhuǎn)換為高轉(zhuǎn)速低扭矩，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。雙速電機(jī)主要應(yīng)用在齒輪箱的油泵與油冷卻器上作為動(dòng)力源，如圖1所示。雙速電機(jī)屬于異步電動(dòng)機(jī)變極調(diào)速，在結(jié)構(gòu)上定子槽內(nèi)嵌有兩個(gè)不同極對(duì)數(shù)的共有繞組，通過(guò)外部控制線路的切換來(lái)改變電機(jī)定子繞組的接線方式來(lái)實(shí)現(xiàn)變更磁極對(duì)數(shù)，從而改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速[2]。

雙速電機(jī)首先用在油泵上，帶動(dòng)油泵使得齒輪箱中的油不斷的循環(huán)；但長(zhǎng)時(shí)間的機(jī)組運(yùn)行使得油溫居高不下，為了使齒輪箱油溫迅速下降以便更好的冷卻與潤(rùn)滑齒輪本身，就要在油循環(huán)過(guò)程中增加油冷卻器，通過(guò)雙速電機(jī)帶動(dòng)風(fēng)扇對(duì)通過(guò)冷卻器中的油降溫。油泵電機(jī)與油冷卻器電機(jī)控制過(guò)程基本一樣，唯一不同的就是它的運(yùn)行條件。

在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中雙速電機(jī)速度變化是以△連接換為YY連接為主，主要是因?yàn)殡姍C(jī)功率在3KW以上。我們主要以油冷卻電機(jī)為主說(shuō)明的它的控制過(guò)程。電機(jī)主回路采用電機(jī)保護(hù)專用小型斷路器以此省去熱繼電器，它具有過(guò)載，短路，過(guò)流保護(hù)以及額定電流可調(diào)功能。閉合主回路斷路器，當(dāng)齒輪箱油溫達(dá)到45℃以上，控制系統(tǒng)PLC給出一個(gè)指令通過(guò)繼電器控制交流接觸器的線圈，接觸器主觸點(diǎn)閉合，如圖2所示U1，V1，W1 接入三相電源，電機(jī)在三角形連接下低速運(yùn)行。

由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的持續(xù)滿負(fù)荷運(yùn)行使得油溫持續(xù)上升，當(dāng)油溫大于等于60℃時(shí)，控制系統(tǒng)PLC發(fā)出指令通過(guò)繼電器使第二個(gè)交流接觸器將電機(jī)定子線圈的三個(gè)抽頭短接在一起，如圖2所示U2，V2，W2三個(gè)抽頭短接在一起，電機(jī)的連接方式變?yōu)殡pYY連接，極對(duì)數(shù)P變?yōu)槿切芜B接時(shí)的1/2，根據(jù)轉(zhuǎn)速公式可知轉(zhuǎn)速為原來(lái)的2倍，因此電機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)[3]。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組作為一大型的發(fā)電系統(tǒng)，它的控制過(guò)程與一些工程實(shí)際中的雙速電機(jī)控制有一些差別，交流接觸器的動(dòng)作主要靠PLC的邏輯運(yùn)算，運(yùn)用24V直流電通過(guò)繼電器控制交流接觸器的線圈并非啟動(dòng)按鈕。

齒輪箱油冷卻電機(jī)的控制過(guò)程與油泵電機(jī)基本一樣，唯一區(qū)別的就是邏輯條件，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到300 rpm時(shí)，電機(jī)繞組在△連接下低速運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)齒輪箱油溫達(dá)到35℃時(shí)，電機(jī)繞組變?yōu)閅Y方式高速運(yùn)轉(zhuǎn)。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的油泵電機(jī)與油冷卻器電機(jī)主要起冷卻與潤(rùn)滑作用，所帶的負(fù)載分別是油泵和風(fēng)扇屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，采用鼠籠式異步電機(jī)，控制電路簡(jiǎn)單易維修成本低，無(wú)附加差基損耗，效率高[4]。

2 安裝地點(diǎn)的影響

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一般安裝在沿海或北方寒冷的高原地帶，電機(jī)處于這種環(huán)境容易結(jié)露、結(jié)霜，造成電機(jī)絕緣性能下降，易使電機(jī)損壞。雖然電機(jī)均選用IP55的防護(hù)等級(jí)，仍然在環(huán)繞電機(jī)的定子繞組驅(qū)動(dòng)端部安裝防潮加熱帶對(duì)電機(jī)整體加熱，使電機(jī)繞組的溫度始終高于環(huán)境溫度5 ℃以上，保護(hù)電機(jī)軸承。一般選用25 W或40 W的加熱帶，加熱帶的工作是通過(guò)PLC控制系統(tǒng)程序控制繼電器的通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)的，主要在長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)以及電機(jī)工作環(huán)境的溫度濕度條件決定的。

在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中油冷卻電機(jī)以及油泵電機(jī)的運(yùn)行邏輯條件會(huì)根據(jù)風(fēng)力風(fēng)電機(jī)組的容量安裝地點(diǎn)的不同有所差異。比如以內(nèi)蒙古這種高海拔風(fēng)資源豐富的高寒地區(qū)，風(fēng)能利用小時(shí)數(shù)高于其他地區(qū)，油冷卻電機(jī)和油泵電機(jī)采用雙速電機(jī)以保證齒輪箱以最佳工況運(yùn)行。在南方地區(qū)雖然年平均氣溫比較高，但風(fēng)能年利用小時(shí)數(shù)低，油冷卻電機(jī)及油泵電機(jī)△連接方式即低速運(yùn)轉(zhuǎn)。如果機(jī)組容量在2 MW及以上且安裝在風(fēng)能利用小時(shí)數(shù)高地區(qū)，單獨(dú)一個(gè)油冷卻器仍然無(wú)法迅速降溫，可以采用兩個(gè)油冷卻器串聯(lián)，由兩個(gè)電機(jī)對(duì)其降溫處理。

3 日常維護(hù)

根據(jù)風(fēng)場(chǎng)一年中齒輪箱油泵及油冷卻系統(tǒng)故障類型統(tǒng)計(jì)如表1所示，在實(shí)際應(yīng)用中我們需要注意以下幾點(diǎn)。

（1）定期維護(hù)時(shí)我們應(yīng)該檢查電機(jī)的固定情況以及通過(guò)控制系統(tǒng)給其指令檢查其運(yùn)轉(zhuǎn)情況，電機(jī)轉(zhuǎn)向聲音是否正常，防患于未然。

（2）電機(jī)出現(xiàn)故障大多數(shù)是因?yàn)楹蠖松w軸承缺油導(dǎo)致轉(zhuǎn)子掃膛，定期檢查轉(zhuǎn)子軸承固定情況并及時(shí)添加潤(rùn)滑油。

（3）在調(diào)試階段，最好對(duì)該風(fēng)場(chǎng)該機(jī)型雙速電機(jī)接線情況檢查一下，確定是否雙速都接，設(shè)計(jì)時(shí)都是采用雙速電機(jī)，但因各地環(huán)境差異導(dǎo)致接線方式不一樣，主要是以控制系統(tǒng)PLC程序?yàn)橹?；曾?jīng)在南方某風(fēng)場(chǎng)在臺(tái)風(fēng)前夕，風(fēng)機(jī)一直報(bào)齒輪箱油壓低故障，油冷卻器電機(jī)只接低速，油溫太高，潤(rùn)滑油比較稀，通過(guò)油管的油壓低于設(shè)定值機(jī)組一直報(bào)故障；當(dāng)將油冷卻電機(jī)改為高速運(yùn)轉(zhuǎn)不久故障消除。這種臺(tái)風(fēng)過(guò)境下情況是很少見(jiàn)的，所以當(dāng)時(shí)PLC程序設(shè)計(jì)時(shí)未考慮這一特殊情況導(dǎo)致這一故障發(fā)生，作為現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員必須了解并記錄這一特殊情況。

（4）雙速電機(jī)更換時(shí)一定要對(duì)新電機(jī)軸承的固定運(yùn)轉(zhuǎn)及電機(jī)轉(zhuǎn)向做一檢查，高低速不能接反，因?yàn)橛袝r(shí)在低風(fēng)速下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組欠功率運(yùn)行齒輪箱油溫上升慢，即使接反有可能也不會(huì)報(bào)故障，但在高風(fēng)速時(shí)就會(huì)出現(xiàn)油溫高的停機(jī)故障，影響發(fā)電量。

（5）做好故障電機(jī)統(tǒng)計(jì)工作建立設(shè)備檔案，對(duì)于電機(jī)存在的批次問(wèn)題可以高效地解決，對(duì)新問(wèn)題可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)早作預(yù)警，提高風(fēng)機(jī)可利用率。

4 結(jié)論

雙速電機(jī)在兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的應(yīng)用主要是隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組容量增加導(dǎo)致齒輪箱變比提高而產(chǎn)生的，雖然它的控制過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，但其作用不容忽視，正確及時(shí)的維護(hù)對(duì)提高風(fēng)電機(jī)組可利用率意義重大。

參考文獻(xiàn)

[1] [美]Ahmad Hemami，著.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組技術(shù)與應(yīng)用[M].張春朋，譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013：152-153.

[2] 李發(fā)海，王巖.電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012：298-299.

[3] 萬(wàn)芳瑛.電機(jī)拖動(dòng)與控制設(shè)計(jì)[M].北京：北京大學(xué)出版社，2013：87-88.

[4] 戴文進(jìn)，肖倩華.電機(jī)與電力拖動(dòng)基礎(chǔ)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012：159.endprint

摘 要：本文主要以單繞組雙速電機(jī)為例介紹了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中雙速電機(jī)的繞組連結(jié)方式，基本控制電路并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用提出一些日常使用中應(yīng)該注意的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：雙速電機(jī) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 加熱帶 可利用率

中圖分類號(hào)：TM3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）05（c）-0111-02

并網(wǎng)前后都需要電網(wǎng)支持的并網(wǎng)型兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組已經(jīng)成為目前風(fēng)力發(fā)電組的發(fā)展趨勢(shì)。兆瓦級(jí)以下機(jī)組通過(guò)三相異步鼠籠電機(jī)帶動(dòng)油泵給齒輪箱冷卻潤(rùn)滑。但是兆瓦級(jí)以上機(jī)組用此種方法已經(jīng)無(wú)法滿足齒輪箱正常運(yùn)轉(zhuǎn)。為此我們使用雙速電機(jī)帶動(dòng)油泵加速齒輪箱油的循環(huán)以及使齒輪箱油經(jīng)過(guò)油冷卻器強(qiáng)制風(fēng)冷[1]。

1 雙速電機(jī)的使用

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過(guò)齒輪箱將葉輪的低轉(zhuǎn)速高扭矩轉(zhuǎn)換為高轉(zhuǎn)速低扭矩，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。雙速電機(jī)主要應(yīng)用在齒輪箱的油泵與油冷卻器上作為動(dòng)力源，如圖1所示。雙速電機(jī)屬于異步電動(dòng)機(jī)變極調(diào)速，在結(jié)構(gòu)上定子槽內(nèi)嵌有兩個(gè)不同極對(duì)數(shù)的共有繞組，通過(guò)外部控制線路的切換來(lái)改變電機(jī)定子繞組的接線方式來(lái)實(shí)現(xiàn)變更磁極對(duì)數(shù)，從而改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速[2]。

雙速電機(jī)首先用在油泵上，帶動(dòng)油泵使得齒輪箱中的油不斷的循環(huán)；但長(zhǎng)時(shí)間的機(jī)組運(yùn)行使得油溫居高不下，為了使齒輪箱油溫迅速下降以便更好的冷卻與潤(rùn)滑齒輪本身，就要在油循環(huán)過(guò)程中增加油冷卻器，通過(guò)雙速電機(jī)帶動(dòng)風(fēng)扇對(duì)通過(guò)冷卻器中的油降溫。油泵電機(jī)與油冷卻器電機(jī)控制過(guò)程基本一樣，唯一不同的就是它的運(yùn)行條件。

在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中雙速電機(jī)速度變化是以△連接換為YY連接為主，主要是因?yàn)殡姍C(jī)功率在3KW以上。我們主要以油冷卻電機(jī)為主說(shuō)明的它的控制過(guò)程。電機(jī)主回路采用電機(jī)保護(hù)專用小型斷路器以此省去熱繼電器，它具有過(guò)載，短路，過(guò)流保護(hù)以及額定電流可調(diào)功能。閉合主回路斷路器，當(dāng)齒輪箱油溫達(dá)到45℃以上，控制系統(tǒng)PLC給出一個(gè)指令通過(guò)繼電器控制交流接觸器的線圈，接觸器主觸點(diǎn)閉合，如圖2所示U1，V1，W1 接入三相電源，電機(jī)在三角形連接下低速運(yùn)行。

由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的持續(xù)滿負(fù)荷運(yùn)行使得油溫持續(xù)上升，當(dāng)油溫大于等于60℃時(shí)，控制系統(tǒng)PLC發(fā)出指令通過(guò)繼電器使第二個(gè)交流接觸器將電機(jī)定子線圈的三個(gè)抽頭短接在一起，如圖2所示U2，V2，W2三個(gè)抽頭短接在一起，電機(jī)的連接方式變?yōu)殡pYY連接，極對(duì)數(shù)P變?yōu)槿切芜B接時(shí)的1/2，根據(jù)轉(zhuǎn)速公式可知轉(zhuǎn)速為原來(lái)的2倍，因此電機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)[3]。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組作為一大型的發(fā)電系統(tǒng)，它的控制過(guò)程與一些工程實(shí)際中的雙速電機(jī)控制有一些差別，交流接觸器的動(dòng)作主要靠PLC的邏輯運(yùn)算，運(yùn)用24V直流電通過(guò)繼電器控制交流接觸器的線圈并非啟動(dòng)按鈕。

齒輪箱油冷卻電機(jī)的控制過(guò)程與油泵電機(jī)基本一樣，唯一區(qū)別的就是邏輯條件，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到300 rpm時(shí)，電機(jī)繞組在△連接下低速運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)齒輪箱油溫達(dá)到35℃時(shí)，電機(jī)繞組變?yōu)閅Y方式高速運(yùn)轉(zhuǎn)。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的油泵電機(jī)與油冷卻器電機(jī)主要起冷卻與潤(rùn)滑作用，所帶的負(fù)載分別是油泵和風(fēng)扇屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，采用鼠籠式異步電機(jī)，控制電路簡(jiǎn)單易維修成本低，無(wú)附加差基損耗，效率高[4]。

2 安裝地點(diǎn)的影響

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一般安裝在沿海或北方寒冷的高原地帶，電機(jī)處于這種環(huán)境容易結(jié)露、結(jié)霜，造成電機(jī)絕緣性能下降，易使電機(jī)損壞。雖然電機(jī)均選用IP55的防護(hù)等級(jí)，仍然在環(huán)繞電機(jī)的定子繞組驅(qū)動(dòng)端部安裝防潮加熱帶對(duì)電機(jī)整體加熱，使電機(jī)繞組的溫度始終高于環(huán)境溫度5 ℃以上，保護(hù)電機(jī)軸承。一般選用25 W或40 W的加熱帶，加熱帶的工作是通過(guò)PLC控制系統(tǒng)程序控制繼電器的通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)的，主要在長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)以及電機(jī)工作環(huán)境的溫度濕度條件決定的。

在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中油冷卻電機(jī)以及油泵電機(jī)的運(yùn)行邏輯條件會(huì)根據(jù)風(fēng)力風(fēng)電機(jī)組的容量安裝地點(diǎn)的不同有所差異。比如以內(nèi)蒙古這種高海拔風(fēng)資源豐富的高寒地區(qū)，風(fēng)能利用小時(shí)數(shù)高于其他地區(qū)，油冷卻電機(jī)和油泵電機(jī)采用雙速電機(jī)以保證齒輪箱以最佳工況運(yùn)行。在南方地區(qū)雖然年平均氣溫比較高，但風(fēng)能年利用小時(shí)數(shù)低，油冷卻電機(jī)及油泵電機(jī)△連接方式即低速運(yùn)轉(zhuǎn)。如果機(jī)組容量在2 MW及以上且安裝在風(fēng)能利用小時(shí)數(shù)高地區(qū)，單獨(dú)一個(gè)油冷卻器仍然無(wú)法迅速降溫，可以采用兩個(gè)油冷卻器串聯(lián)，由兩個(gè)電機(jī)對(duì)其降溫處理。

3 日常維護(hù)

根據(jù)風(fēng)場(chǎng)一年中齒輪箱油泵及油冷卻系統(tǒng)故障類型統(tǒng)計(jì)如表1所示，在實(shí)際應(yīng)用中我們需要注意以下幾點(diǎn)。

（1）定期維護(hù)時(shí)我們應(yīng)該檢查電機(jī)的固定情況以及通過(guò)控制系統(tǒng)給其指令檢查其運(yùn)轉(zhuǎn)情況，電機(jī)轉(zhuǎn)向聲音是否正常，防患于未然。

（2）電機(jī)出現(xiàn)故障大多數(shù)是因?yàn)楹蠖松w軸承缺油導(dǎo)致轉(zhuǎn)子掃膛，定期檢查轉(zhuǎn)子軸承固定情況并及時(shí)添加潤(rùn)滑油。

（3）在調(diào)試階段，最好對(duì)該風(fēng)場(chǎng)該機(jī)型雙速電機(jī)接線情況檢查一下，確定是否雙速都接，設(shè)計(jì)時(shí)都是采用雙速電機(jī)，但因各地環(huán)境差異導(dǎo)致接線方式不一樣，主要是以控制系統(tǒng)PLC程序?yàn)橹?；曾?jīng)在南方某風(fēng)場(chǎng)在臺(tái)風(fēng)前夕，風(fēng)機(jī)一直報(bào)齒輪箱油壓低故障，油冷卻器電機(jī)只接低速，油溫太高，潤(rùn)滑油比較稀，通過(guò)油管的油壓低于設(shè)定值機(jī)組一直報(bào)故障；當(dāng)將油冷卻電機(jī)改為高速運(yùn)轉(zhuǎn)不久故障消除。這種臺(tái)風(fēng)過(guò)境下情況是很少見(jiàn)的，所以當(dāng)時(shí)PLC程序設(shè)計(jì)時(shí)未考慮這一特殊情況導(dǎo)致這一故障發(fā)生，作為現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員必須了解并記錄這一特殊情況。

（4）雙速電機(jī)更換時(shí)一定要對(duì)新電機(jī)軸承的固定運(yùn)轉(zhuǎn)及電機(jī)轉(zhuǎn)向做一檢查，高低速不能接反，因?yàn)橛袝r(shí)在低風(fēng)速下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組欠功率運(yùn)行齒輪箱油溫上升慢，即使接反有可能也不會(huì)報(bào)故障，但在高風(fēng)速時(shí)就會(huì)出現(xiàn)油溫高的停機(jī)故障，影響發(fā)電量。

（5）做好故障電機(jī)統(tǒng)計(jì)工作建立設(shè)備檔案，對(duì)于電機(jī)存在的批次問(wèn)題可以高效地解決，對(duì)新問(wèn)題可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)早作預(yù)警，提高風(fēng)機(jī)可利用率。

4 結(jié)論

雙速電機(jī)在兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的應(yīng)用主要是隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組容量增加導(dǎo)致齒輪箱變比提高而產(chǎn)生的，雖然它的控制過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，但其作用不容忽視，正確及時(shí)的維護(hù)對(duì)提高風(fēng)電機(jī)組可利用率意義重大。

參考文獻(xiàn)

[1] [美]Ahmad Hemami，著.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組技術(shù)與應(yīng)用[M].張春朋，譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013：152-153.

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[3] 萬(wàn)芳瑛.電機(jī)拖動(dòng)與控制設(shè)計(jì)[M].北京：北京大學(xué)出版社，2013：87-88.

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