風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子可更換測(cè)溫元件安裝方案設(shè)計(jì)

黃成勇，郭宇軒

風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子可更換測(cè)溫元件安裝方案設(shè)計(jì)

黃成勇1,2，郭宇軒1,2

（1. 海上風(fēng)力發(fā)電技術(shù)與檢測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湘潭電機(jī)股份有限公司，湖南湘潭 411101；2. 湖南湘電動(dòng)力有限公司，湖南湘潭 411101）

為解決風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子測(cè)溫元件更換難的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了五種可更換測(cè)溫元件的安裝方案。安裝后對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)分別進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)溫升試驗(yàn)，將得到的結(jié)果與傳統(tǒng)安裝方案所得結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，得到了兩種測(cè)溫效果較好的測(cè)溫元件安裝方案。最后針對(duì)這兩種方案進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，結(jié)果表明：定子鐵芯齒部安裝方案與定子繞組端部安裝方案的測(cè)溫效果較好，只需在使用時(shí)適當(dāng)調(diào)整定子監(jiān)測(cè)報(bào)警溫度，即可對(duì)發(fā)電機(jī)定子繞組溫度起到較好的監(jiān)控效果，有效提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子溫度檢測(cè)系統(tǒng)的可靠性與可維修性，具有較好的應(yīng)用價(jià)值。

風(fēng)力發(fā)電機(jī) 測(cè)溫元件 安裝方案

0 引言

隨著環(huán)境問(wèn)題的日益加劇，使用污染較少的清潔能源已經(jīng)成為未來(lái)的趨勢(shì)[1-2]，其中風(fēng)力發(fā)電技術(shù)較為成熟，因此得到了廣泛的應(yīng)用[3]。風(fēng)力發(fā)電機(jī)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的核心部件，其運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量導(dǎo)致其溫度升高，若發(fā)電機(jī)溫升過(guò)高容易導(dǎo)致絕緣燒毀、磁鋼失磁等故障[4]，因此對(duì)發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的溫度監(jiān)測(cè)是必不可少的。

發(fā)電機(jī)常用的測(cè)溫元件是Pt100[5]。定子測(cè)溫Pt100傳統(tǒng)的安裝方案是：分主用和備用2組元件，在定子制造過(guò)程中預(yù)先埋置在定子繞組層間絕緣中，與定子一起經(jīng)過(guò)浸漆、烘焙后固定[6]。此方案可將測(cè)溫元件直接安裝在溫升最高的位置，因此溫度監(jiān)測(cè)效果很好。但是一旦測(cè)溫元件損壞失效則無(wú)法直接拆除和更換，同時(shí)由于測(cè)溫元件的壽命遠(yuǎn)低于發(fā)電機(jī)的使用壽命，因此測(cè)溫元件老化失效成為了不可避免的問(wèn)題。

為此，本文根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了五種可更換測(cè)溫元件的安裝方案，對(duì)各安裝方案進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)溫升試驗(yàn)，并對(duì)比其測(cè)溫效果，對(duì)其中測(cè)溫效果較好的定子鐵芯齒部安裝方案與定子繞組端部安裝方案進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，結(jié)果證明兩方案均具有較好的應(yīng)用價(jià)值。

1 安裝方案設(shè)計(jì)

首先選取五個(gè)測(cè)溫元件的安裝位置，分別為：定子鐵芯齒部、定子壓圈端面、定子鐵芯槽口、定子繞組并頭與定子繞組端部，并對(duì)上述五個(gè)位置設(shè)計(jì)安裝方案。

1.1 定子鐵芯齒部安裝方案

首先當(dāng)定子鐵芯制作時(shí)在其齒部加工圓形安裝孔（孔直徑3 mm，孔與齒部槽壁最薄處間隔0.6 mm～0.8 mm），在發(fā)電機(jī)浸漆前對(duì)安裝孔進(jìn)行防護(hù)，并在定子裝配時(shí)將圓柱形測(cè)溫元件置入安裝孔底部，固定后將其信號(hào)線引接至發(fā)電機(jī)接線盒內(nèi)，安裝示意圖如圖1所示。

圖1 定子鐵芯齒部安裝方案示意圖

1.2 定子壓圈端面安裝方案

首先當(dāng)定子鐵芯制作時(shí)在其定子壓圈端面加工圓形安裝孔（孔直徑5 mm，孔深至定子鐵芯沖片內(nèi)部30 mm），在浸漆前對(duì)安裝孔進(jìn)行防護(hù)，并在定子裝配時(shí)將圓柱形測(cè)溫元件置入安裝孔底部，固定后將其信號(hào)線引接至發(fā)電機(jī)接線盒內(nèi)，安裝示意圖如圖2所示。

1.3 定子鐵芯槽口安裝方案

在定子裝配時(shí)將扁平矩形測(cè)溫元件置入鐵芯槽口內(nèi)部，固定并壓實(shí)測(cè)溫元件，使測(cè)溫元件貼緊槽口內(nèi)側(cè)，并將其信號(hào)線引接至發(fā)電機(jī)接線盒內(nèi)，安裝示意圖如圖3所示。

圖2 定子壓圈端面安裝方案示意圖

圖3 定子鐵芯槽口安裝方案示意圖

1.4 定子繞組并頭安裝方案

定子裝配時(shí)，在定子繞組引出線的并頭端部鉆圓形安裝孔（孔直徑3 mm），并在安裝孔內(nèi)置入圓柱狀測(cè)溫元件，固定后將其信號(hào)線引接至發(fā)電機(jī)接線盒內(nèi)，安裝示意圖如圖4所示。

圖4 定子繞組并頭安裝方案示意圖

1.5 定子繞組端部安裝方案

定子裝配時(shí)，在定子繞組端部綁扎安裝扁平矩形測(cè)溫元件，包覆固定后將其信號(hào)線引接至發(fā)電機(jī)接線盒內(nèi)，安裝示意圖如圖5所示。

圖5 定子繞組端部安裝方案示意圖

2 試驗(yàn)分析

為比較上述五種安裝方案的效果，選取同型號(hào)風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行五組溫升試驗(yàn)，試驗(yàn)平臺(tái)如圖6所示。

圖6 發(fā)電機(jī)溫升實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

其中每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)分別按上文中五個(gè)方案安裝測(cè)溫元件，同時(shí)每臺(tái)均按照傳統(tǒng)測(cè)溫元件安裝方案，在每相定子繞組層間絕緣中埋置2組測(cè)溫元件。

試驗(yàn)時(shí)發(fā)電機(jī)以額定工況運(yùn)行，從試驗(yàn)開始每隔15 min分別記錄各測(cè)溫元件數(shù)據(jù)，直至溫升穩(wěn)定，試驗(yàn)所得溫度數(shù)據(jù)分別如表1～表5所示，表中僅列出了溫升穩(wěn)定前1 h的溫度數(shù)據(jù)。

表1 定子鐵芯齒部安裝方案與傳統(tǒng)方案溫度數(shù)據(jù)

表2 定子壓圈端面安裝方案與傳統(tǒng)方案溫度數(shù)據(jù)

表3 定子鐵芯槽口安裝方案與傳統(tǒng)方案溫度數(shù)據(jù)

表4 定子繞組并頭安裝方案與傳統(tǒng)方案溫度數(shù)據(jù)

表5 定子繞組端部安裝方案與傳統(tǒng)方案溫度數(shù)據(jù)

對(duì)比表1～5，定子鐵芯齒部安裝方案，定子壓圈端面安裝方案，定子鐵芯槽口安裝方案，定子繞組并頭安裝方案，定子繞組端部安裝方案與傳統(tǒng)平均方案相比的平均溫差分別為11.6，30.2，23.4，24.8，20.7。

表6中平均溫差數(shù)據(jù)表明，定子鐵芯齒部安裝方案與傳統(tǒng)測(cè)溫元件安裝方案相比溫差最小，為11.6℃；其次是定子繞組端部安裝方案，為20.7℃。該兩方案是五種安裝方案中與傳統(tǒng)測(cè)溫元件安裝方案相比測(cè)溫溫差最小的。只要能夠保證發(fā)電機(jī)在不同運(yùn)行狀態(tài)下該溫差相對(duì)穩(wěn)定，就說(shuō)明兩方案都具有一定的實(shí)用性。

為確保上述兩種方案測(cè)溫效果的穩(wěn)定性，于2020年11月在廣東桂山項(xiàng)目風(fēng)電場(chǎng)選擇2臺(tái)機(jī)組進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。這兩臺(tái)機(jī)組的發(fā)電機(jī)，在生產(chǎn)制造時(shí)按照方案預(yù)先在定子鐵芯齒部與定子繞組端部加裝測(cè)溫元件，并得到了2020年11月至2021年5月內(nèi)的兩臺(tái)機(jī)組的定子溫度歷史數(shù)據(jù)，從中得出兩方案與傳統(tǒng)測(cè)溫元件安裝方案的溫差如表7所示。

表6 桂山項(xiàng)目試驗(yàn)機(jī)組不同安裝方案溫差數(shù)據(jù)

表6數(shù)據(jù)說(shuō)明：定子鐵芯齒部安裝方案和繞組端部安裝方案溫差均較為穩(wěn)定，相比之下前者測(cè)溫效果更穩(wěn)定，但需預(yù)先加工安裝孔；后者溫差稍大，但綁扎安裝操作方便。

總而言之，兩方案溫差均在可控范圍，只需在使用時(shí)，將監(jiān)測(cè)預(yù)警溫度降低一定數(shù)值（定子鐵芯齒部安裝方案降低13℃，定子繞組端部安裝方案降低23℃），即可對(duì)發(fā)電機(jī)定子繞組溫度起到較好的監(jiān)控效果。

3 結(jié)論

針對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子測(cè)溫元件難以更換的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了五種可更換測(cè)溫元件的安裝方案。文中選取了五個(gè)測(cè)溫元件安裝位置，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的安裝方案，對(duì)各安裝方案進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)溫升試驗(yàn)，得到了各安裝方案對(duì)應(yīng)的測(cè)溫元件讀數(shù)，并與傳統(tǒng)測(cè)溫元件安裝方案所得結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，得到了兩種測(cè)溫效果較好的測(cè)溫元件安裝方案。最后針對(duì)這兩種方案進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，結(jié)果表明：定子鐵芯齒部安裝方案與定子繞組端部安裝方案的測(cè)溫效果較好，只需在使用時(shí)適當(dāng)降低監(jiān)測(cè)預(yù)警溫度值（定子鐵芯齒部安裝方案降低13℃，定子繞組端部安裝方案降低23℃），即可對(duì)發(fā)電機(jī)定子繞組溫度起到較好的監(jiān)控效果，有效提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子溫度檢測(cè)系統(tǒng)的可靠性與可維修性，具有較好的應(yīng)用價(jià)值。

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Design for the installation of replaceable temperature measurement elements for wind turbine stator

Huang Chengyong1,2, Guo Yuxuan1,2

（1. Ocean Wind Power Technology and Detection State Key Laboratory, XEMC, Xiangtan 411101, Hunan, China;2. Xiangtan Electric Power Co., Ltd, Xiangtan 411101, Hunan, China）

TM614

A

1003-4862(2022)06-0053-03

2021-12-23

黃成勇（1984-），男，工程師。研究方向：大功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)。E-mail: xemc-tdyjshcy@foxmail.com