0 引言

風電專用輔助電動機根據(jù)使用環(huán)境不同,分為海洋風電和陸用海洋風電兩個系列。海洋風電專用輔助電動機為全封閉、自冷或自帶風扇冷卻式電機,具有防止潮氣、霉菌、鹽霧、海水等有害物質(zhì)損傷的特性。廣泛用于風力發(fā)電機組主機潤滑系統(tǒng)及冷卻裝置,具有良好的防腐性能,高穩(wěn)定性和可靠性,使用壽命長等特點。

目前,風機用三相異步電動機主要有三種類型。一是潤滑系統(tǒng)用電機,電機后端帶風扇,為自帶風扇冷卻式電機;二是風機冷卻用電機,后端無風扇,為自冷式電機;三是偏航電機,電機后端無風扇,安裝有制動器,一般是S3工作制。海洋風電電動機的使用環(huán)境比普通電動機的運行環(huán)境惡劣,所以對海洋風電用電動機本身的防護性能和防腐蝕性要求高,在設(shè)計制造時,需考慮海洋環(huán)境對電動機絕緣性能的影響。

1 海洋風電專用輔助電動機的基本參數(shù)和特殊設(shè)計制造特點

海洋風電專用輔助電動機的通用電源一般為三相400V/50Hz或690V/50Hz;工作制為連續(xù)工作制(S1)或斷續(xù)工作制(S3、偏航電機);適用環(huán)境條件為海拔≤3000m;環(huán)境空氣溫度為-40℃～45℃;空氣相對濕度≤100%;有鹽霧、油霧、霉菌的影響。

海洋風電專用輔助電動機在滿足各類惡劣環(huán)境的條件下,依靠合理的電磁設(shè)計、利用低損耗導磁材料、專用絕緣材料,配合特殊的線圈制作工藝,確保電機可長期適應逆變器轉(zhuǎn)化電壓400V/690V電源下,可靠穩(wěn)定運行,滿足海洋風電行業(yè)對零部件的特殊要求。海洋風電專用輔助電動機的設(shè)計壽命為30年,啟動性能好,過載能力強,能滿足頻繁啟動和正反轉(zhuǎn)交替運行的要求;定子繞組采用真空壓力兩次浸漆,電氣性能具備耐受3400V高壓的強烈沖擊能力,可承受短時10min,1.3倍額定電壓下連續(xù)運行的電流沖擊。海洋風電專用輔助電動機的機械連接采用特殊的機械結(jié)構(gòu)和絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計,可承受1.5倍額定轉(zhuǎn)速的超速運行,機械結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)損壞。并可滿足電機在-40℃～+45℃的環(huán)境溫度范圍內(nèi)可靠工作,多種安裝方式和輔助配置供選擇。海洋風電專用輔助電動機的整機采用特殊防護漆,進行三層、五遍防護噴涂,具有抗鹽霧腐蝕能力,能夠在海洋環(huán)境下的高濕熱,鹽霧濃度大的地區(qū)長期持續(xù)穩(wěn)定運行。根據(jù)使用環(huán)境和保護控制需要,可加裝防冷凝加熱帶和熱敏電阻或熱敏開關(guān),用于電機的防潮和過熱保護,提高電機使用運行的可靠性。

為保障海洋風電專用輔助電動機使用運轉(zhuǎn)的可靠性,主要在零部件的材質(zhì)選擇,繞組線圈的絕緣強化處理和運行控制監(jiān)測保護三個方面,對電動機進行優(yōu)化設(shè)計和強化制造。(1)主要部件原材料的材質(zhì)選擇,海洋風電專用輔助電動機定、轉(zhuǎn)子沖片材質(zhì)采用優(yōu)質(zhì)50×W600冷軋無取向硅鋼片,可減少鐵心損耗,提高電動機效率。漆包線采用QP-2/200耐電暈電磁線,繞組包繞絕緣材料采用H級或F級,引接線用H級專用電動機引線,提高電動機繞組的溫度限值。(2)絕緣工藝強化,定子繞組進行兩遍真空壓力浸漆,增強定子繞組的絕緣性能,提高繞組和絕緣材料的防霉變和抗?jié)駸崮芰?提高電機繞組整體的導熱性,降低電機的運行溫度,消除電機繞組位移引起的絕緣磨損。增強電機繞組適應海洋環(huán)境的能力,消除潮氣、化學氣體和其他污物侵入絕緣內(nèi)部而造成的絕緣損壞。(3)控制系統(tǒng)的監(jiān)測保護,出線端三相繞組嵌裝一套H級的三芯串聯(lián)PTC熱敏電阻,同時,根據(jù)電機的機座號,安裝一套與之對應規(guī)格的防冷凝加熱帶,PTC熱敏電阻起到過熱保護作用,防冷凝加熱帶可在電機停轉(zhuǎn)時,送電運行,防止電機內(nèi)部形成冷凝積水,損害電機繞組絕緣,保證電機的絕緣性能始終處于良好狀態(tài)。熱敏電阻和加熱帶固定在定子繞組端部,和定子繞組同時進行兩遍真空壓力浸漆。

為提高海洋風電專用輔助電機的軸承壽命,前、后軸承使用進口耐高低溫軸承,全部同等加大。前、后端蓋的材質(zhì)提升,軸承室同等加固,軸伸端的軸承使用軸承內(nèi)蓋固定,后軸承內(nèi)增加防蠕動的“O型圈”。采用獨特的公差配合與裝配工藝保護軸承,延長軸承的使用壽命。在設(shè)計時增大電氣裕量,提高電機的抗過載能力,輕松應對高低電壓穿越、浪涌等電氣沖擊。獨有的定轉(zhuǎn)子槽型,海洋風電電機可以低溫啟動。獨特的接線盒,海洋風電電機的電氣間隙與爬電距離可以適應海拔5000m及其以上的要求。

2 海洋風電專用輔助電動機的電氣安裝和調(diào)試

海洋風電專用輔助電動機根據(jù)設(shè)備所需功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速要求選擇安裝,最大功率可達37kW,同步轉(zhuǎn)速750～3000r/min,分單速和雙速兩個系列,電氣安裝和控制線路存在較大差別,電氣接線時應注意按接線圖正確連接。單、雙速電機均可用于海洋風電系統(tǒng)中的輔助設(shè)備,如散熱風機、制冷空調(diào),傳動潤滑,偏航調(diào)節(jié)等發(fā)電機輔助設(shè)備。電動機電氣安裝時按銘牌上規(guī)定電制和對應的接法進行接線,所配空間加熱器接線標志為R1、R2或HE1、HE2。加熱器電源一般為單相AC200～240V。電動機所配熱敏電阻接線標志為f1、f2或TP1、TP2。電動機與電源連接時,應選擇與電動機的額定電壓、電流相適應的多芯電纜和接線端子進行連接。電源引入電纜外徑與填料函所用的電纜外徑相符。引入接線盒的電纜芯線分別接在接線端子上,用壓緊螺母、金屬墊圈等緊固,防止電纜松脫。接線完畢后應檢查盒內(nèi)有無雜物、灰塵,確保引出線按接線圖正確接線;電動機接線盒內(nèi)設(shè)有安全接地螺栓,接地用引線接在接地螺栓上,與電源連接的電氣接線主要部件-接線盒的安裝如圖1所示。

圖1 海洋風電輔助電動機的電氣連接部件-接線盒

一般海洋風電專用輔助單速電動機的繞組有6根引接線,分別標示為U1、V1、W1,U2、V2、W2;雙速電動機繞組也有6根引接線,分別標示為1U、1V、1W,2U、2V、2W,引出線按接線盒上接線圖標明的接法接線。接線完成后,進行空載試運轉(zhuǎn),如發(fā)現(xiàn)電動機的旋轉(zhuǎn)方向與所要求的旋轉(zhuǎn)方向相反,可停機將同組電源線任意兩根換接,以改變電機的旋轉(zhuǎn)方向。電動機第一次試運轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速達到額定值時,停機檢查,觀察各機械聯(lián)接部分有無松動及碰擦,進行必要的調(diào)整及修復,然后再空載運行2～3h,運轉(zhuǎn)中如發(fā)現(xiàn)任何不正?，F(xiàn)象或響聲時,立即停機檢查?？蛰d試驗完成后,注意觀察軸承有無發(fā)熱及漏油現(xiàn)象。空載運轉(zhuǎn)正常的電機,可進行實際負載運轉(zhuǎn)。電動機在實際負載運轉(zhuǎn)中,應繼續(xù)觀察其起動情況,運行時的聲音是否正常,實際負載電流是否超出銘牌上的規(guī)定值,運行0.5～1h,再停機檢查電動機各機械連接部分有無過熱及漏油,定、轉(zhuǎn)子有無相擦等情況,如無異常,可正式運轉(zhuǎn)使用。

3 海洋風電專用輔助電動機的維護和檢修注意事項

為消除電動機事故隱患,保障運行質(zhì)量,電動機應定期進行檢修,一般3個月檢修一次,每年大修一次。檢修時應清除機體的積塵、污垢,保持接線板清潔,以免積塵受潮,產(chǎn)生爬電。測量電動機線圈的絕緣電阻,檢查接頭、接地線、各緊固零件及傳動機構(gòu)的聯(lián)接等是否松動,消除存在的缺陷。大修時應將電動機拆檢,注意檢查線圈和端部綁扎是否完好,清潔機體內(nèi)外積塵,檢查電動機的軸承磨損情況及更換新潤滑脂。電動機油封或密封圈老化變質(zhì)時,應及時更換。在檢修和維護完成后,進行安全及性能檢查,確保電動機性能符合規(guī)定要求后,再送電運轉(zhuǎn)。電動機使用過程中應定期檢查和清掃,防止受潮或異物進入機體內(nèi)部,避免雜塵堆積。電動機運轉(zhuǎn)時,應經(jīng)常記錄有關(guān)儀表及溫度計讀數(shù),運行期間的檢修情況。同時做好故障處理記錄,供后續(xù)維護及檢修時參考。海洋風電專用輔助電動機的軸承允許溫度不得超過80℃。如果軸承損壞或游隙值超出標準值,應及時更換軸承。

4 結(jié)語

隨著風電發(fā)電市場的擴展,風力發(fā)電的應用領(lǐng)域和裝機容量逐年擴大,特別是海洋風電的長足發(fā)展,對風力發(fā)電及其輔助設(shè)備提出更高要求。海洋風電專用輔助電動機承擔著為海洋風電發(fā)電機的潤滑、冷卻和偏航系統(tǒng)提供動力的有力保障,電機一旦出現(xiàn)故障,將嚴重影響發(fā)電機組的正常運行。由于在高空作業(yè),維修成本和機組停轉(zhuǎn)所造成損失非常大。為確保風機的正常運轉(zhuǎn),提高海洋風電電動機對高空環(huán)境的適應能力,運轉(zhuǎn)的可靠性。海洋風電輔助電動機的電氣安裝調(diào)試和運行維護作為電動機可靠運行的重要保障,必須嚴格按程序和要求執(zhí)行。