永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機、系統(tǒng)及其定子的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機、系統(tǒng)及其定子，屬于風(fēng)電技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中開啟式永磁直驅(qū)外轉(zhuǎn)子風(fēng)力發(fā)電機，依靠自然風(fēng)冷，開啟結(jié)構(gòu)利于自然通風(fēng)換熱，助于磁極使用永磁材料防止溫升超標(biāo)后的磁性降低，但是發(fā)電機通常暴露在極端惡劣的環(huán)境(暴露在風(fēng)、霜、雨、雪、沙塵、鹽霧等)條件下。
[0003]1、潮濕環(huán)境中電機內(nèi)部水份的來源及其危害
[0004](I)水份的來源
[0005]潮濕環(huán)境較正常環(huán)境來說，雨、雪更容易進入電機內(nèi)部，歸納起來水份的來源主要有以下幾種:
[0006]戶外運行的機艙外部的風(fēng)力發(fā)電機，直接受到雨淋和雪水融化后的浸漬，少量水份通過電機旋轉(zhuǎn)從環(huán)狀間隙進入電機內(nèi)部；潮濕天氣中當(dāng)發(fā)電機停止工作后，潮氣進入發(fā)電機內(nèi)部進而結(jié)露；長時間停運的發(fā)電機因潮氣進入易受潮結(jié)露；惡劣環(huán)境中工作的風(fēng)力發(fā)電機還可能遭受雨雪水浸泡等事故(排水孔堵塞)引起水份進入；發(fā)電機生產(chǎn)過程中未按工藝要求進行預(yù)烘或者浸漆后烘干不徹底造成的絕緣毛細孔中水份殘存等等。
[0007](2)發(fā)電機絕緣容易受潮的原因
[0008]該部分主要引用論文《發(fā)電機絕緣容易受潮的原因分析》進行說明(作者:亓玉福QI Yu-fu刊名:大電機技術(shù)年，卷(期):2009 (4)) ο
[0009]空冷式發(fā)電機在停運狀態(tài)下絕緣容易受潮，主要表現(xiàn)在泄漏電流顯著增加、絕緣電阻顯著降低。按照規(guī)定，絕緣電阻低到一定數(shù)值，是不允許運行的，必須進行干燥處理。
[0010]空冷式發(fā)電機絕緣容易受潮是由于它的運行狀態(tài)和結(jié)構(gòu)決定的。因為發(fā)電機的絕緣只能采用固體絕緣介質(zhì)，嵌放在鐵心槽內(nèi)，不能像變壓器那樣浸放在絕緣油中，也不能像全封閉組合電器GIS—樣，密封在充滿SF6的密閉金屬外殼中，發(fā)電機的絕緣只能暴露在空氣中。正常運行過程中，發(fā)電機鐵心、繞組產(chǎn)生的熱量要靠流動的空氣帶走。當(dāng)發(fā)電機產(chǎn)熱和散熱達到平衡時，發(fā)電機鐵心、繞組溫度保持在一定數(shù)值范圍之內(nèi)。發(fā)電機正常運行時，依靠自然風(fēng)冷的外轉(zhuǎn)子永磁直驅(qū)發(fā)電機內(nèi)部也依靠從自然界侵入的空氣充當(dāng)冷卻介質(zhì)。鐵心、繞組溫度會比冷卻介質(zhì)空氣的溫度高，發(fā)電機停運后，鐵心、繞組溫度逐漸降低，由于空隙、氣隙內(nèi)空氣熱脹冷縮的作用，發(fā)電機內(nèi)進入大量的空氣以達到壓力平衡。這時絕緣吸收空氣中的水分而受潮，若在雷雨季節(jié)，雨后空氣濕度更大，發(fā)電機絕緣受潮就更為嚴(yán)重。發(fā)電機絕緣受潮后，泄漏電流是正常值的幾十倍甚至幾百倍，絕緣電阻是正常值的幾十分之一。從數(shù)據(jù)分析，發(fā)電機絕緣受潮很嚴(yán)重，不經(jīng)過干燥處理，是不能運行的。發(fā)電機絕緣受潮嚴(yán)重，是從絕緣的測試數(shù)據(jù)角度來講的。其實，絕緣受潮初期，只是表面吸附了水分，絕緣內(nèi)部還沒有受潮，與絕緣受到水浸后相比較，絕緣表面的水分還是微量的，干燥起來也容易得多。
[0011]電機的絕緣在空氣濕度很大時，受潮導(dǎo)致絕緣電阻的降低需要很短的時間，一天甚至幾個小時。這就要求雨天必須抵制雨水進入發(fā)電機內(nèi)、或雨后及時將電機內(nèi)濕空氣帶走。規(guī)程有明文規(guī)定:絕緣電阻不合格不能保證發(fā)電機運行不出事故，萬一發(fā)生事故，勢必造成很大的經(jīng)濟損失。必須經(jīng)過干燥處理合格后才能運行。
[0012](3)發(fā)電機內(nèi)部存在水份引起的危害
[0013]對于發(fā)電機來說，良好的絕緣是電機安全運行的前提條件，在定子繞組中無論是槽絕緣、層間絕緣、相間絕緣還是綁扎帶以及電源引出線的外層，都有大量的毛細孔，很容易吸收空氣中的潮氣，降低自身的絕緣性能并使絕緣導(dǎo)熱性變差，引起絕緣擊穿進而損壞電機，造成人身、設(shè)備安全事故。相對濕度高易使表面凝附水膜，濕度高于95%以上時，電機內(nèi)部經(jīng)常凝聚水滴，使金屬件易銹蝕，潤滑脂受潮變質(zhì)，絕緣材料有的受潮膨脹，有的發(fā)軟發(fā)粘，機械和電氣性能惡化，容易發(fā)生絕緣擊穿和表面閃絡(luò)。另外，在高濕環(huán)境下，霉菌也易滋長，而霉菌的分泌物能腐蝕金屬和絕緣材料，使絕緣迅速惡化，引起短路事故。
[0014]2、現(xiàn)有技術(shù)的匯總分析
[0015](I)現(xiàn)有技術(shù)中常見的干燥方式
[0016]該部分將參照論文《發(fā)電機定子繞組絕緣受潮的現(xiàn)場干燥處理》(作者:林軍，李云海，矯健，[中圖分類號】TM311 [文獻標(biāo)識碼]B【文章編號】1004-7913 (2009) 04— 0013—02)中的內(nèi)容進行說明。
[0017]發(fā)電機定子繞組受潮后，對于不同冷卻方式、不同容量以及受潮程度不同的發(fā)電機，在進行干燥處理時所采用方法也各不相同，目前現(xiàn)場常用以下幾種干燥方法。(a)定子鐵損干燥法。該法對大型發(fā)電機尤其是運行過程中檢修的發(fā)電機實際上沒有可操作性。(b)外加電流干燥法。給轉(zhuǎn)子線圈通入電流，利用銅損所產(chǎn)生的熱量加熱轉(zhuǎn)子繞組。受現(xiàn)場容量限制，很難采用交流加熱方法，因此一般采用直流電流加熱。此方法需將發(fā)電機三相繞組串聯(lián)，也可根據(jù)情況將分支解開再串聯(lián)成一個回路。大型發(fā)電機電流比較大，一般按繞組分支加入直流。電源可采用電動盤車的電源或其它通過整流而得來的電源，小容量的發(fā)電機也可采用多臺直流電焊機并聯(lián)供電的方法。(C)外加熱源法。在發(fā)電機風(fēng)洞內(nèi)，將定子上、下部擋風(fēng)板打開，在定子繞組下部布置電熱板或其它紅外加熱設(shè)備。此方法對體積較小的發(fā)電機比較有效。(d)三相短路干燥法。將發(fā)電機定子繞組出口處三相短路，然后使發(fā)電機組在額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運轉(zhuǎn)，通過調(diào)節(jié)勵磁電流，使定子繞組電流隨之上升、利用發(fā)電機自身電流所產(chǎn)生的熱量，對繞組進行干燥。三相短路干燥需要發(fā)電機本身具備運轉(zhuǎn)條件。(e)熱水循環(huán)干燥法。定子線棒水內(nèi)冷的發(fā)電機，可利用內(nèi)冷水箱內(nèi)的加熱裝置或臨時接入電加熱器將內(nèi)冷水箱內(nèi)的冷卻水加熱，水溫不宜高于70°C，啟動內(nèi)冷水泵，用熱水循環(huán)干燥定子線棒的絕緣。定子線棒水冷發(fā)電機現(xiàn)場多采用此方法，所作用的對象為地面作業(yè)的電機。
[0018]對于永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機為了干燥絕緣系統(tǒng)已經(jīng)試用以上方法中的方案(b)。
[0019](2)其他干燥技術(shù)
[0020]論文《汽輪機停機后用熱空氣除濕干燥保養(yǎng)》
[0021]作者:陳行庚、曹祖慶；作者單位:東南大學(xué)江蘇南京；母體文獻:第四屆全國火力發(fā)電技術(shù)學(xué)術(shù)年會論文集(上冊)。
[0022]會議名稱:第四屆全國火力發(fā)電技術(shù)學(xué)術(shù)年會，會議時間:2003年11月01日。
[0023]汽輪機停機后利用未飽和的濕空氣流過通流部分，吸收殘留的水分，使機內(nèi)干燥，防止汽輪機停機后發(fā)生銹蝕。為提高濕空氣的吸濕能力，先將濕空氣壓縮后再通過加熱器進行加熱，然后再通入汽輪機吸收水分后排出?！迸艢獾暮瑵窳考航抵令A(yù)定指標(biāo)，則表明機內(nèi)已經(jīng)干燥，可防止產(chǎn)生銹蝕。
[0024](3)論文《水毀電機的快速干燥方法》
[0025]作者:沈兆虎，刊名:中國農(nóng)村水利水電年，卷(期):1999(1)。
[0026]受洪水浸泡后的電機需干燥，為縮短干燥時間，節(jié)約干燥經(jīng)費，研制了一種遠紅外溫控烘干器。這種烘干器簡單、高效、實用、取材容易、成本低。
[0027]3、開啟式機艙外風(fēng)力發(fā)電機密封方案技術(shù)路線探索
[0028]密封可分為相對靜止結(jié)合面間的靜密封和相對運動結(jié)合面間的動密封兩大類。這里，開啟式機艙外風(fēng)力發(fā)電機的密封部位有相對運動，屬于旋轉(zhuǎn)密封。根據(jù)密封件與其作相對運動的部件是否接觸，動密封可以分為接觸式密封和非接觸式密封及無軸封。對于開啟式機艙外風(fēng)力發(fā)電機若采用接觸式密封，在非雨、雪時段的干燥時間里就無法依靠相對干燥的氣流對電機內(nèi)部進行長期直接冷卻。非接觸式密封有迷宮密封和動力密封。迷宮密封是利用流體在間隙內(nèi)的節(jié)流效應(yīng)限漏，泄漏量較大，通常用在要求不高的場合。動力密封有離心密封、浮環(huán)密封、螺旋密封、氣壓密封、噴射密封、水力密封、磁流密封等，是靠動力元件產(chǎn)生壓力來抵消密封兩側(cè)的壓力差以克服泄露，它有很高的密封性，但能耗大。這類密封是利用流體力學(xué)的平衡狀態(tài)而工作的。如果運轉(zhuǎn)條件發(fā)生變化，就會引起泄漏量很大的波動。
[0029]迷宮密封也稱梳齒密封，主要用于氣體密封。它可以使流體經(jīng)過許多節(jié)流間隙與膨脹空腔組成的通道，經(jīng)過多次節(jié)流而產(chǎn)生很大的能量損耗，流體壓力大為下降。在直驅(qū)外轉(zhuǎn)子大尺度永磁風(fēng)力發(fā)電機中可以借助“節(jié)流壓降”這個特點構(gòu)造密封環(huán)節(jié)。
[0030]氣壓密封利用空氣壓力來堵住旋轉(zhuǎn)部件與靜止部件之間的間隙，以保證密封。但要有一定壓力的氣源供氣，氣源在此密封處產(chǎn)生的壓力要比電機外自然環(huán)境壓力偏高。氣壓密封不受溫度、速度限制，一般用于密封兩側(cè)壓差不大的地方。
[0031]基于以上檢索到的相關(guān)代表性論文來看，目前，運行在電網(wǎng)里的火力發(fā)電機組、水力發(fā)電機組、核電機組通常設(shè)置在一個固定的廠房內(nèi)。通常，廠房內(nèi)不會經(jīng)遭受雨、雪的侵入。只是水電機組在經(jīng)受洪水的淹沒的情況下，上述發(fā)電機組采用的冷卻介質(zhì)(水)在發(fā)生泄露的情況下，地面運行的發(fā)電機組的運行條件維護的便利性都遠遠好于風(fēng)電場運行的陸上或海上風(fēng)力發(fā)電機組。發(fā)電機冷卻方面，在充分利用自然環(huán)境中的風(fēng)冷的便利和性能優(yōu)越條件的同時，需要解決和要經(jīng)受考驗的是發(fā)電機的絕緣體系的絕緣水平。永磁直驅(qū)外轉(zhuǎn)子風(fēng)力發(fā)電機常年暴露在風(fēng)、沙、雨、雪、太陽暴曬或停機后的冰凍環(huán)境之中，與地面運行的汽輪發(fā)電機、燃氣輪發(fā)電機、水輪發(fā)電機所處的環(huán)境差距太大，尤其是有的修復(fù)工作成本太高，高空作業(yè)(60-100米)吊車使用需要費用高額支付。所以在