(中船重工海为（新疆）新能源有限公司乌鲁木齐830000)
【摘要】发电机是风力发电机组的关键部件之一，它的稳定运行直接影响到风电场发电量及经济效益。由于风机运行环境恶劣、设备老化、设计缺陷等原因，导致发电机超温类故障频发，影响发电量。本文从新疆达坂城某风场的实际故障案例出发，分析出发电机绕组超温故障频发的根本原因，并针对性的进行技术改造，彻底解决了此类故障。
关键字:发电机绕组超温散热系统
1引言
新疆达坂城某风场选用海装2.0MW型机组，风机于2012年12月全部并网发电，经过2年多的运行，机组大批量出现发电机绕组超温故障。此情况主要集中在5月至8月，环境温度在20-35℃，此时段风场风资源情况较好，月平均风速在8-10m/s，机组长期满负荷运行。机组发电机绕组超温故障频发，给风电场造成大量的电量损失。
经研究分析发电机及冷却散热系统后，发现是由于风机尾舱形成的回旋风重新进入发电机冷却系统导致冷却器散热效率下降，导致发电机绕组超温。通过对冷却系统回旋风进风点封堵，达到改善冷却器散热效果，经过技改后，风机报发电机绕组超温故障的次数明显减少，大幅降低了故障次数，挽回了大量经济损失。
2发电机冷却系统工作原理
风力发电机组为2.0MW双馈式风电机组，发电机采用中船电机FDYS2.0-4KS型双馈发电机，发电机散热采用四川川润FD2000S300-D/HZ型冷却系统，发电机冷却系统主要包括两套风冷却器、一套水泵部件及配套管路，该装置工作介质为60%水＋40%乙二醇的混合液体。原理为直接由电机带动水泵运转，冷却液吸入水泵，通过水泵后流经风冷却器，然后与发电机进行热交换，从而达到使发电机冷却保证发电机正常运转的目的。风冷却器散热片为优质铝合金材质,用于冷却系统的冷却液，安装在机舱尾部，用来与外界空气进行热交换。
3发电机绕组超温故障研究分析
通过对风力发电机组相关保护定值、发电机及冷却系统散热效率以及冷却系统散热器等方面进行数据信息收集、现场检查，综合研究分析从而确认发电机绕组超温的根本原因，以便为后续故障处理提供有利技术保证。
3.1机组保护定值
机组冷却散热系统保护定值为：绕组温度＞80℃，冷却水泵启动；绕组温度＜75℃，冷却水泵停止；绕组温度＞90℃或水温＞45℃，冷却风扇启动；绕组温度＜70℃且水温＜35℃。根据历年运行数据分析，此定值合理，能够满足机组运行要求；且机组冷却散热系统水泵及风扇运行情况与保护定值一致。
3.2发电机及冷却散热器热能效率
对发电机及散热器热能效率重新核算。实测发电机发热功率Q=1627.88×3.3%=53.72kW（发电机热损耗为机组功率的3.3%），根据热平衡公式Q=C*P*M*△t，发电机组出口温度t1=发电机进口温度t2+Q/(C*P*M)/3600=60.91℃（取冷却液密度：1.07g/cm3、比热容：3.46kj/kg•k、流量分别取200L/min）。冷却器当量功率计算：根据当量功率计算公式K=Q/△t1，实测环境温度为32.25℃，冷却器当量功率K=53.72/(60.91-32.25)=1.87kW/℃（流量为200L/min时），而理论当量功率K=65/(51-35)=4.067kW/℃。
根据以上数据分析，造成发电机绕组超温的主要原因是当量功率不够，实测的当量功率低于设计要求50%以上。而造成当量功率不足的主要原因有两个方面，一是温差太大，二是散热功率太小。根据现场实际情况，风冷却器散热片完好无堵塞、叶片型号与设计一致无错装、冷却水泵转速与设计一致，排除了冷却器散热功率的主要因素，且同一机组的齿轮箱运行良好，无超温的情况，也排除了由于机舱风道设计造成风量不足以及频波动造成点击转速不足等问题。重点从散热器温差（发电机出水温度与环境温度的差值）太大进行研究，分析出具体原因。
3.3发电机风冷却器
3.3.1冷却器进风风量测试
通过将冷却器散热片平均划分为100个格子，测试每个格子的稳定风速，对测试后获取的100组数据进行有效性筛选，对有效数据取平均值即为该冷却器进风的平均风速，确保了数据的可靠性和准确性。分别选取海为风电场、粤水电风电场和大唐风电场三个风场具有代表性的机组，测试机组风冷却器进风风速后发现，大唐风场冷却器风量最大，粤水电风场及海为风场风量较小，主要是由于风冷却器散热片内灰尘堵塞导致。对风冷却器板片冲洗后风量满足要求，即风量大于13000m3/h。
3.3.2冷却器回旋风风量测试
测试中发现海为风电场机组风冷却器处存在回旋风（指风冷却器所排出的热风通过机舱缝隙回到风冷却器进风口）问题，这是由于此风电场所采用的机舱型号与其他两个风电场的不一致，机舱尾部散热器结构设计上存在少许差异。经测试回旋风风量约5000m³/h，占风冷却器总风量的30%左右，远远大于另外两个风场。在夏季高温时段，风冷却器排出的热空气再次进入冷却器循环，导致散热器内发电机进水温度与环境温度的温差较大，严重降低风冷却器的散热性能。
3.3.3验证测试数据分析
选取海为风电场的标杆机组，分别对机组风冷却器冲洗前、冲洗后以及封堵回旋风缝隙后的冷却器风速、风量进行测试，数据如下：冲洗前风速为3m/s，风量为9500m³/h；冲洗后风速为5m/s，风量为16000m³/h；封堵回旋风缝隙后风速为5m/s，风量为16000m³/h。
通过数据对比风冷却器板件冲洗后风量增加68%，采取临时措施封堵回旋风缝隙后风量无变化。同时调取风机绕组温度、发电机冷却水温度及环境温度进行对比：风冷却器板件冲洗前发电机进水温度与环境温度温差19℃；风冷却器板件冲洗后发电机进水温度与环境温度温差16℃，温差略有降低；风冷却器封堵回旋风缝隙后发电机进水温度与环境温度温差仅为8.5℃，温差有明显降低。
3.4发电机绕组超温原因
通过对风力发电机组保护定值、发电机及冷却系统散热效率以及风冷却器的检查分析以及验证性试验的数据分析对比，明确发电机绕组超温主要原因为风冷却器回旋风风量较大，影响风冷却器散热性能；次要原因为风冷却器板件内积灰严重，影响风冷却器进风量。
4发电机绕组超温故障处理方案
4.1冲洗发电机风冷却器
使用高压水枪对风冷却器散热板片定期冲洗，冲洗方式为先由下放向上冲洗，再由上放向下冲洗，以便彻底清除板片缝隙内的沙尘。冲洗周期可根据散热板片内的污秽程度确定。
4.2.回旋风进风口封堵
回旋风进风口主要位于风冷却器于机舱固定架之间的长条形缝隙，通过使用密封材料即可完成封堵改造。封堵材料选用玻璃钢，其具有质量较轻、方便吊装、容易切割成形和钻孔且不易燃、不易变形等特性，能够满足风机安全要求。根据缝隙尺寸，分别制作“L”型及“Z”型的封堵材料，将冷却器两侧及前后侧缝隙进行封堵，封堵材料使用自攻螺钉固定，散热器四周密封完成后用玻璃胶对散热器四周明显缝隙进行封堵。
5结论
此次风机发电机绕组超温故障的主要原因是由于回旋风的存在，针对性的开展风冷却器技改，通过后期的验证，机组发电机冷却水温及绕组温度明显降低，机组未再出现发电机绕组超温故障，证明了技改方案的实用性，有效的减少了机组故障损失电量，提高了机组运行可靠性，对风场经济效益有明显提升。