技术｜风力发电机组延寿——直驱永磁发电机内窥镜检查

　　

　　近日，国家能源局发布《风电场改造升级和退役管理办法》（征求意见稿），存量风电项目引起了行业关注，进入“十四五”，我国大量早期安装运行的机组将进入设计寿命晚期，在机组改造或延寿之前，需要进行评估确定其是否可以继续使用。其中作为风电机组的关键部件，发电机的健康状态很大程度影响了机组的剩余寿命，数据显示，随着风电机组运行年限的增长，发电机内外部结构部件老化，发电机发生故障的风险指数上升。因此，对老旧机组的发电机进行内窥镜检查与健康状态评估便显得尤为重要。

　　

　　

　　本文参考但不限于以下标准进行直驱永磁发电机（外转子型）专项检查与健康状态评估：

　　

　　CGC/GF149:2020 风力发电机组延寿技术规范；

　　

　　GB/T 20319—2017 风力发电机组验收规范；

　　

　　GB/T 31518.1—2015 直驱永磁风力发电机组第1部分:技术条件；

　　

　　GB/T 31518.2—2015 直驱永磁风力发电机组第2部分:试验方法

　　

　　

　　（以某直驱永磁风力发电机组为例）

　　

　　近些年高磁能永磁体技术发展很快，特别是稀土磁材料在直驱式风力发电机组中得到广泛应用。以某直驱永磁风力发电机组为例：直驱永磁发电机采用外转子结构，结构更紧凑；直驱永磁发电机无需电励磁系统，减少了励磁损耗，并且减少了碳刷等易损部件的使用，从而减少了检修维护工作量；采用密闭空冷系统，冷却可靠，不受外部环境影响，有效防止雨水、沙尘和盐雾气体对发电机的侵蚀；该直驱永磁发电机防护等级为IP54，可以防止沙尘、雨水等进入电机，有效保护电机绕组和磁钢，保证电机长期安全运行。如图1所示。

图1 直驱型永磁发电机结构

　　

　　

　　直驱永磁发电机长期裸露运行在高温、沙尘、潮湿等恶劣环境下，有可能面临密封部件老化缺失、发电机的散热系统损坏及散热系统密封部件老化缺失，再加上现场未按照风力发电机组运维手册维护、缺乏定期巡检技术手段导致发电机长期带病运行、生产厂家出现少数批次工艺问题等，导致发电机出现各类故障。

　　

　　直驱永磁发电机内窥镜检测常见的缺陷有：永磁发电机内部积灰和内部异物吸附、绑扎材料松动脱落、绕组绝缘层剥落、面漆裂纹、定子与转子异常磨损等问题。

　　

　　直驱永磁发电机内窥镜检查正常照片及常见问题展示，如图2-图6所示：

　　

　　检查要点及方法：

　　

　　1） 通过发电机绕组温度、轴承温度、转速、电压、电流、振动等历史SCADA数据，分析发电机运行状态；

　　

　　2） 观察并网及自由旋转状态下发电机的运行声音，确认是否存在异响。

　　

　　3） 检查发电机冷却系统运行是否正常，通风管道有无破损，密封装置有无老化情况；

　　

　　4） 用绝缘电阻测试仪测量发电机绕组之间及绕组对地绝缘电阻，是否符合设计标准要求；

　　

　　5） 观察发电机前后轴承密封圈处，是否有油脂排出；密封圈是否老化、存有裂纹；

　　

　　6） 定子通风口处是否附着黑色粉末，查看排水孔和观察孔内是否有黑色粉末流出；

　　

　　7） 将内窥镜探头通过观察孔深入定、转子气隙内，对定、转子表面进行拍照和录像，通过拍照和录像判定定子铁芯、转子磁极是否正常。

　　

　　

　　1）加强发电机巡查力度（全场每月至少1次），巡查结果存档，如有异常，即刻停机通知厂家。

　　

　　2）检查发电机外转子观察口或者排水口情况,如无法目测，则停机，做好安全措施的情况下，用手触摸的方法检查是否存在较多黑粉，发现问题及时反馈厂家进行处理。

　　

　　3）按照运维手册加强定期检查，每次定检时，检查发电机后轴承密封圈，并查看发电机后轴承油脂是否干涩,油脂内是否有铁屑等杂物。

　　

　　4）加装在线振动监测系统，利用安装在发电机轴承上的各种感知元件在线监测发电机轴承的结构动力学特征，分析和诊断发电机运行状态，提前识别气动不平衡、发电机轴承损坏、螺栓断裂、超负荷等异常情况，并精确定位故障位置、问题等级程度、预测发电机失效情况，帮助厂家优化维修，减少意外停机，降低不可预见成本损失。

　　

　　5）强化设备安全意识，正常风速情况下，同一时间段内机组突然出现连续几次振动报警，一定要停机登塔检查故障原因，禁止连续复位启机。如果发现发电机轴承温度或绕组温度突然快速上升，但还未超过警示值，此时应观察机组运行情况，定检时重点检查，如轴承温度超过警示值则立即停机，进行原因排查。

　　

　　6）定期进行发电机专项检查（建议每年1次）。

　　

　　

　　随着中东南部与海上风电的开发，风力发电机组运行环境日趋复杂化，故障的产生源相应地多样化；而早期大基地项目，又往往面临运维不科学、数据不齐全等历史问题；风电场的运行维护管理问题、在役机组的健康状态诊断已经成为风电资产运营的重要课题，发电机的状态检查及故障预防是其中的一环。鉴衡认证对超过8000台在役机组开展了检验检测，并结合自身的解决方案和处理方法，为后续风力机组发电机发生类似故障时提供了理论依据；2020年，鉴衡认证自主发布《风力发电机组延寿技术规范》，并针对老旧机组的状态检查及剩余寿命评估展开了系列专题讨论，以期为我国大量的存量项目持续平稳运行、技改或延寿退役提供技术支撑，为风电产业减少安全隐患、健康发展保驾护航。CGC

　　

　　供稿：朱彦鑫、张宇鹏、程人杰（CGC）