1.5MW雙饋風力發電機組滑環論述

賈春雁

（沈陽華創風能有限公司，遼寧沈陽　110027）

1.5MW雙饋風力發電機組滑環論述

賈春雁

（沈陽華創風能有限公司，遼寧沈陽110027）

風電作為節能、安全、環保和可再生的清潔資源受到世界關注，隨著技術的日趨成熟和規模效應初步顯現，風電已經成為最具潛力和活力的新能源之一。從整體上看，風力發電機組可分為風輪、機艙、塔架和基礎幾個部分，其中風輪由葉片和輪轂組成。風輪為轉動部分，即運動部分，機艙內電氣件包括控制柜等為固定部分，即靜止部分。在靜止部分和運動部分之間電氣連接至關重要，目前風電機組采用滑環作為靜止和運動部分之間連接的核心部件，對風力發電機組穩定運行起關鍵作用。本文針對這一關鍵連接部件滑環進行總體介紹，并在此基礎上進行擴展，增加了滑環組合部分防雷功能的介紹，對風力發電機組研發和實際應用有一定的作用。

風力發電滑環運動靜止

能源是經濟和社會發展的重要基礎，是人類生產和生活必需的基本物質保障，也是我國現代化建設的戰略重點。新能源是未來能源發展的方向，風能作為新能源重要的一部分，利用技術相對成熟，生產過程中不產生污染和無廢棄物排放，且儲量大，永不枯竭，是21世紀最有發展前途的綠色能源和人類社會經濟持續發展新動力之一。

風電機組穩定運行尤為關鍵，涉及因素眾多，地理環境、氣候環境等自然因素，發電機組自身的故障因素等。為保證風力發電機組的穩定運行，機艙內各部件的可靠性更加尤為關鍵。

1　風力發電機組機艙內滑環結構組成

滑環是用來將一系統中的動力電流和電信號從靜止端（定子）傳輸到旋轉端（轉子）的部件。基本上滑環主要由定子，轉子和軸承組成。有些特殊情況也可僅提供滑環模塊滑動刷塊由用戶自行組裝。轉子模塊可由一個或多個滑環模塊組成。滑環模塊由主軸、經過特殊加工表面的金環、絕緣片組成。隨著轉子轉動，裝在定子上的刷塊（絲）始終與模塊的金屬表面接觸，形成電路。刷塊觸點由貴金屬合金刷制成。刷塊經過特殊設計與模塊保持一定的壓力，以此來保證滑環的長壽命和連續穩定的信號傳輸。

滑環定子和轉子之間可以通過插座插頭，電纜，終端盒，焊接金屬線或者其它電器元件連接。這些連接器通過在滑環的內部線纜連接著模塊和刷塊。就應用范圍來說，電滑環還可以集成在用于傳輸液體和氣體等介質的旋轉連接器上。也可以集成單通道或多通道光纖旋轉傳輸裝置。在這種情況下，滑環需要一個有貫通內孔。滑環本身并不能實現某種機械功能，其功能主要是實現電信號，電流，液壓或氣壓等介質以及光信號的傳輸。

2　機械設計

根據不同機型風機可以定制不同尺寸滑環，以1.5MW雙饋風機為例。

滑環安裝在風機機艙內齒輪箱側，滑環定轉子兩側可以安裝阻燃尼龍鎖緊頭或者金屬鎖緊，用于固定電纜；滑環本體配置U型拔叉和固定桿，固定桿的長度根據安裝時實際需要配置。滑環可以配置編碼器，與滑環本體相連，根據不同風機要求來測量相應轉速。

根據齒輪箱接口尺寸確定滑環接口尺寸。由于不同機型機艙內滑環安裝位置不同，根據不同機型風機確定滑環主體尺寸大小。

3　電路設計

目前，風機滑環主要是傳輸電信號，其中包括動力電源，控制電源和通信電源信號。以1.5MW雙饋機型為例可以分為AC400V電源通道、AC230V電源通道、DC24V電源通道、DC24V信號電源通道、通訊通道這幾部分。每部分通道對應電壓電流根據機型容量大小進行定制選擇。如果測量轉速，可以附加編碼器用來測速，此為可選件。在此基礎上，滑環出廠前需要進行出廠試驗檢測，包括阻值檢測、耐壓絕緣檢測、防護等級試驗、高低溫試驗、振動試驗、負載試驗等。若附加編碼器，需進行編碼器檢測，每個編碼器需要在專用工裝上檢測其波形是否正確。

4　防雷擊組合滑環

此滑環在基本滑環基礎上增加一防雷功能，因為輪轂連接槳葉，輪轂旋轉過程中槳葉會到達整個風機的最高點，而往往最易受雷擊的部分就在此處。受風機安放地點環境的限制，避免不了會遇到雷擊，所以可以考慮在滑環處連接防雷部件，通過防雷部件與輪轂內的防雷電纜相接，防雷部件上設有接地電纜，通過接地電纜把雷電流導入大地。

組合滑環包括槳葉、輪轂被雷擊中時的接地電流傳輸。為變槳系統提供動力電源，把變槳系統中安全保護的重要信號反饋給主控以及主控系統向變槳系統傳送信號。組合滑環結構上分為兩部分，前端為防雷滑環，實現輪轂、槳葉的雷電導通，由碳刷、刷握、恒壓簧、滑環、主軸組成。后端為變槳滑環，提供變槳動力電源通道、安全保護信號通道、主控與變槳通訊通道。

防雷擊組合滑環具體實施為防雷部件為一導電體，包括導電柱、導電固定支架、碳刷及接地電纜，所述導電柱與輪轂內的防雷電纜連接于輪轂連接軸與滑環本體間的連接法蘭處，在連接法蘭設置防雷電纜接插件，輪轂內的防雷電纜連接在防雷電纜接插件一端，導電柱連接在防雷電纜接插件的另一端。

此防雷擊組合滑環在普通變槳滑環基礎上增加防雷滑環部分，當槳葉和輪轂遇到雷電沖擊時，通過防雷滑環連接到輪轂內的防雷電纜會有效平滑的將槳葉輪轂雷電信號導入大地，實現輪轂、槳葉防雷接地的連接，避免了風機受損，延長風機的壽命。

5　滑環的維護

滑環每運行三年或轉動一定轉數（根據不同廠家轉數不同），都要進行滑環的檢查和維護工作。

滑環維護需要一個干凈的環境，不可直接在風機上直接對滑環進行維護！根據廠家出具維護步驟進行維護。如果發現嚴重狀況，需退回工廠維修。

長期閑置的滑環，每六個月要用手盤轉滑環50圈，以防止接觸點表面氧化。

滑環的大修，滑環運轉10年后或轉動一定轉數（根據不同廠家轉數不同），需要徹底檢修（即大修），可退回制造商工廠大修。

6　結語

隨著我國經濟和科技的快速發展，在國家政策的大力扶持下，我國的風電事業不斷發展。然而，我國的風力發電機組在日常運行中會受到一些因素的影響，因此保證發電機組風機的穩定性至關重要。對風機各部件完善研發有待進一步的升級探討。機艙內滑環對風機穩定性尤為重要，目前國內外都有所研究，日漸成熟和成效。在此基礎上，可以擴展研究更多方面，比如防雷擊部分，使功能更強大、可靠。

［1］姚興佳，宋俊，等.風力發電機組原理與應用.機械工業出版社，2009年6月.

［2］中國電建.北極星風力發電網，2014年.