技术 | 直流变桨电机常见故障分析及主动维护技术方案

在大型风力发电机组中，直流变桨系统在系统出现故障时，可以利用直流备电进行紧急顺桨，提供高可靠性紧急停机保护，得到了不少变桨系统厂家的青睐。在早期的1.5MW风力机组中，LUST变桨（MOOG）、SSB变桨、能建变桨均采用直流变桨电机。随着运行年限的增加，诸多风电场直流变桨系统出现故障频发问题，给运行维护带来很多不便，增加了运维成本。下面结合我公司变桨系统主动维护案例经验，介绍直流变桨电机维护注意事项：

1、直流变桨系统原理介绍

直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。 

图1-1：直流电机结构图

直流电动机的工作原理就是靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引入的直流电动势，在电枢线圈产生交变电动势，从而产生旋转电磁转矩。

2、直流电机常见技术问题

（1）换向器打火

正常情况下电刷与换向器之间为“滑触”结构，在换相时会产生轻微电火花，不会对设备产生危害。如果换向器表面严重磨损，电刷磨损形成严重积碳，刷握压力异常，电刷位置不在物理中行线上等异常状态时，将引起严重电火花，造成换向器进一步损坏，严重情况下引起换向器绝缘击穿损坏，造成整个电机损坏。 

图2-1 换向器放电示意图

（2）电枢绕组击穿

电枢绕组、励磁绕发生绕组短路击穿，绕组烧毁故障。通过对电机拆机发现，这种绕组烧毁情况，一般由于电机长期过载高温，引起绕组绝缘层损坏。电机过载原因包括电磁刹车不能正常打开，变桨系统机械卡死等故障。

图2-2 励磁绕组绝缘击穿图

（3）其他故障

在变桨系统中报出速度比较、速度超限故障，一般为测速电机或测速编码器损坏，测速电机与测速编码器器都是高精度电子器件，运行中需要注意对harting插头，以及编码器密封圈进行紧固与检查，保证接触可靠。同时要定期更换测速电机碳刷。

图2-3 变桨测速电机

3、直流电机主动维护内容

根据直流电机的特性，对其进行主动维护显得尤为重要。下面分享一下直流电机主动维护技术的要点：

（1）将变桨电机外壳与主旋编处做标记线，便于维护完成后安装。对编码器haring头进行紧固。

图3-1 haring头及编码器紧固检查

(2)对变桨电机电枢，励磁绕组进行绝缘测试，保证绝缘大于50MΩ以上，利用直流电阻测试仪测量绕组直流电阻值，并记录。利用万用表测量PT100测温电阻阻值（20℃下阻值为108Ω左右）。测试PTC热敏电阻阻值在180Ω-200Ω之间（不同型号热敏电阻可能略有不同，根据实际阻值记录判断）。

(3)换向器进行清洁维护，维护工具中尽量使用大布、棉签、小刷，在清洁过程中要戴好口罩，防止粉末进入呼吸道，在进行碳粉清理时一定要注意换向器小沟内、轴承内的清理，在清理过程中需要使用无水乙醇辅助。在对碳刷进行维护时需测量碳刷磨损程度，如果出现磨损严重、存在灼痕的需要立即更换。

图3-2 换向器维护清洁

（4）维护过程中拍照留存，在内侧合适位置做好标记（例如机位号+桨叶号）在下次维护中做好对比。维护结束后，按照原拆卸步骤倒退安装好电机，并用万用表测量线路与变桨电气原理图纸相符合后，可按上电要求进行上电，再做手动变桨测试，观察变桨方向和速度是否正常。