風力發電機軸電電流對軸承影響及改進措施 - 超導纖維軸接地環應用

發布時間:2017/9/15 9:03:06

1.     軸電電流產生原因

由于風電機組變頻器采用PWM的調制方式，功率器件在快速開關時刻不可避免地產生電壓尖峰，該尖峰的電壓變化率（dv/dt)極高，可超過3000V/s,該尖峰電壓對應的頻率約為1MHz,可以輕易地通過傳動系統的寄生電容、寄生電感耦合電機的軸，再傳導（或通過絕緣層容性耦合）軸承內圈，擊穿油膜后傳導軸承外圈，外圈通過傳導（或通過容性耦合）與地形成回路，產生高頻軸承電流。

2. 軸電電流的危害
    2.1 損壞潤滑油的潤滑性能
      潤滑油在軸承旋轉過程中會產生油膜，所形成的寄生電容記為Cb,Cb電容值大小主要受油膜厚度的影響。風電機組在高空擺動情況下降造成軸承油膜不穩定，一旦Cb上的電壓高于油膜能承受的電壓時，油膜被擊穿。油膜在被擊穿的同時，潤滑油被電解，導致潤滑油性能下降。在對軸承內圈、外圈的絕緣測試時發現，新軸承可以承受的電壓在1000V左右，而舊軸承的絕緣已基本消失，即潤滑油脂的電解是一個不可逆的過程。
     2.2 對軸承造成電腐蝕

在潤滑油膜被擊穿后，Cb內存儲電荷通過極小的擊穿點導通放電，在軸承滾到表面微小的金屬面產生極高的電流密度，瞬間產生極高的熱量使放電點的金屬熔化，形成凹坑。隨著風電機組運行時間的增加，由于高頻電壓擊穿油膜放電而持續形成的軸承表面凹坑不斷增多，破壞軸承內圈、滾動體、外圈的光潔度，逐漸積累形成了滾動體表面肉眼可見的搓衣板，終導致軸承由于游戲過大、震動過大、溫升過高等因素失效。

3. 改進措施

針對軸電電流，我們提出的改進措施是發電機驅動軸端安裝軸接地環。利用特殊導電纖維材料，引導誘發的軸電流通過端蓋接地，從而避免軸電流對軸承及相關設備造成損壞，有效解決軸電壓問題，避免軸承的電蝕損害。變頻電機及其耦合設備是電蝕防護環的主要應用領用。對比傳統的碳刷，絕緣軸承等解決方案，具有高效，免維護，壽命長，易安裝點。目前國際主流的電機廠商均已將電蝕防護環作為解決軸電壓的標準配置，例如ABB, GE, Siemens, Balder

軸接地環特性：
● OEM安裝或現場改造安裝
● 適用壽命長，免維護
● 分體設計，安裝簡便
● 模塊化設計，可適用于各種型號電機
● 可結合軸承隔離器使用，解決軸電流的同時可為軸承提供高達IP66等級的防護