雙饋異步風力發電機(DFIG，Double-Fed Induction Generator)是一種繞線式感應發電機，是變速恒頻風力發電機組的核心部件，也是風力發電機組國產化的關鍵部件之一。該發電機主要由電機本體和冷卻系統兩大部分組成。電機本體由定子、轉子和軸承系統組成。

雙饋異步發電機的定子繞組直接與電網相連，轉子繞組通過變流器與電網連接，轉子繞組電源的頻率、電壓、幅值和相位按運行要求由變頻器自動調節，機組可以在不同的轉速下實現恒頻發電，滿足用電負載和并網的要求。由于采用了交流勵磁，發電機和電力系統構成了"柔性連接"，即可以根據電網電壓、電流和發電機的轉速來調節勵磁電流，精確的調節發電機輸出電壓，使其能滿足要求。

四川省能投會東新能源開發有限公司魯南、拉馬風電場位于會東縣拉馬鄉、海壩鄉境內，場址主要位于魯南山脈山脊地帶，海拔高度2700m～3100m，總共裝有66臺東方電氣風電有限公司生產的1.5MW的FD93H高原型風力發電機組，總裝機容量為99MW，兩風場高原型風力發電機采用了某廠引進德國技術生產的高海拔型發電機，各個指標工藝技術非常高，本文將從集電環的結構入手，分析集電環故障及維護方法、集電環腔室及通風管路維護。

1 集電環組成

1.1 概述

發電機集電環為發電機提供勵磁電流調定定子電壓、調定了頻率、調定子無功功率、調轉子的滑差有功功率，是風力發電機的非常重要功率單元。集電環主要由滑環體、碳刷(相用、接地)組成。滑環體與碳刷一同作用將轉子電流與外部供電設備連接起來，實現動靜的轉換;刷架起著對碳刷的支撐作用，并有效地結合碳刷與滑環體為一體。刷架、支撐桿是兆瓦雙饋異步風力發電機滑環系統的關鍵部件，刷架、支撐桿主要由K、L、M接地刷架及一級支撐桿三副、二級支撐桿二副，輔助碳刷磨損微動開關14個等組成。

1.2 集電環系統結構

集電環系統同3個(K、L、M)獨立的螺旋槽體、接地臺階、編碼器連接支架、耐電暈絕緣材料等組成(如圖1)。

集電環的主要結構組成(如圖1)

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2 集電環常見故障

2.1 高山風電場集電環的故障情況及引發的后果

2.1.1 不正常的集電環(如圖2)滑道班駁、痕跡嚴重不均勻、有電灼傷的痕跡(摸起來有突起或 凹點)的滑環表面，則是不合格的，必須要處理。

2.1.2 相滑道——不同相間產生電弧短路，燒壞集電環;變頻器勵磁接觸器拉弧燒壞或燒斷勵磁回路500A保險;變頻器同步困難，無法并網;引發發電機振動或加劇軸系振動，導致機組因振動而停機。

2.1.3 接地碳刷滑道——變頻器直流母線電壓高，報故障;引發發電機軸承因電灼傷而損壞，嚴重時需更換發電機。

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2.2 易引發集電環故障的相關故障告警

發電機定子溫度高;

更換發電機相碳刷、接地碳刷不規范;

更換發電機軸承后對中不到位;

變頻器直流母線電壓高引發的變頻器故障;

變頻器接地電流大引發的變頻器故障;

變頻器外部故障引發的變頻器故障。

3 集電環故障處理

3.1 集電環的表面判定

對于高海拔地區的高山風電場運行正常的發電機集電環表面，滑道上有均勻的或深或淺的棕褐色的一層氧化膜，不僅保護了滑環的表面，同時亦保證了導電性(如圖3)。或許某些滑道的表面顏色看起來有一些較淺色的痕跡，只要均勻，亦是正常(如圖4)。

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3.2 高海拔地區的高山風電場集電環集電環表面處理步驟(如圖5)

1)按下緊急停機按鈕(剎車等級最高，以確保風機徹底停機);

2)取出碳刷;

3)將200#以上金相砂紙裁剪成與比碳刷尺寸稍大的尺寸;

4)將砂紙裝在滑道表面，用碳刷壓住(需安裝好彈性卡子);如果是相滑道需要打磨，必須三相同時進行，所有滑道必須同時打磨;

5)啟動風機，維持低速旋轉(通過修改額定轉速實現)，如轉速穩定在500-600rpm，打磨3分鐘左右;停機后檢查滑道表面是否將原氧化層全部打磨干凈，同時滑環表面光滑。

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注意：通常運行不正常的滑環，必然伴隨碳刷問題，因此，必須接下來檢查所有碳刷。更換碳刷時，必須使用發電機滑環配套的碳刷，即不同的滑環必須使用規定廠家、規定材料及尺寸的碳刷!否則會因碳刷廠家不同而導致的材料差異導致的膨脹系數不同、硬度不同而導致滑環及刷架燒毀;尺寸不同會因導電面積差異而無法滿足通流要求，或因長度不一而使壓緊力有差異，同樣無法滿足通流要求。

3.3 集電環腔室及通風管路定期維護

高海拔地區的高山風電場發電機集電環腔室內集碳(粉)嚴重，會導致集電環相間絕緣下降、相間短路等故障，嚴重時燒毀集電環滑道或刷架等;冷卻通風管道通風不暢，則會導致發電機定子回路溫度高，引發溫度高停機保護;集電環腔室通風管道通風不暢，會導致集電環腔室內集碳(粉)、集電環滑道或刷架附著碳粉。

3.3.1 集電環腔室的清理

1)刷架附著碳粉取出碳刷，使用干的毛刷對刷架及線路所有表面進行碳粉清除處理;

2)集電環滑道間凹槽內集碳粉，使用干的毛刷對滑道表面及滑道間凹槽進行碳粉清除處理，要求邊清理邊盤動軸系，確保整個集電環均能全部清潔;

3)相間絕緣凹槽內集碳粉，使用干的毛刷對相間絕緣凹槽內進行碳粉清除處理，要求邊清理邊盤動軸系，確保整個絕緣凹槽內均能全部清潔;

4)使用干的毛刷對腔室內部行碳粉清除處理，要求整個腔室內部全部清潔，然后使用吸塵器進行碳粉吸附，確保所有碳粉全部吸附潔凈。

注意：必須使用潔凈、無油污的干的毛刷，油污會導致碳粉黏結。佩帶薄的橡皮手套及防護眼鏡、口罩，碳粉刺激皮膚且有毒。

3.3.2 冷卻通風管道檢查(如圖6)

1)通風管道破損更換新的通風管道，臨時處理方法——封堵破損處。

2)通風管道偏長，導致折彎、堆積，增加風阻、排風不暢，影響定子散熱效果 測量正確的長度，消除管道折彎、堆積現象，使排風通暢。

3)過濾器(如圖7)為安裝在機艙的排風空洞上檢查過濾器的安裝位置。

4)濾網層數太多，增加風阻、排風不暢，影響排碳粉效果檢查濾網層數，建議只留一層。

5)濾網長期未清潔，碳粉堆積過多，影響通風效果使用吸塵器進行碳粉吸附，確保所有碳粉全部吸附潔凈。

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4 結語

鑒于高海拔地區的高山風電場發電機集電環的實際故障情況，規范檢查維護方法，最大程度的減少發電機集電環故障發生。隨著各地的裝機容量的增加，對風電場維護質量的要求越來越高，基于風電的發展方向，并將隨著后期維護技術的進步而不斷發展完善。