莱茵技术（上海）牟金善：风电机组电气系统检测评估解决方案

以“创新驱动 智赢未来”为主题的“2018全国大型风能设备行业年会暨产业发展论坛”于11月22~23日在重庆召开，本次论坛由中国农业机械工业协会风力机械分会主办，中国船舶重工集团海装风电股份有限公司承办。能见APP全程直播。

莱茵技术（上海）有限公司项目经理牟金善发表题为《风电机组电气系统检测评估解决方案》的主旨演讲。

以下为演讲实录：

牟金善：各位风电同仁，大家中午好！很高兴有机会在这里和大家交流，也希望大家能坚持到最后一场，大家听了一上午的报告可能比较累，也比较饿了，所以我简要介绍一下我们的内容，也希望给大家带去一点点收获。

今天我要介绍的内容是风电机组电气系统检测评估及解决方案，我的报告分为这么几块：第一，简单介绍一下莱茵；第二，简单介绍一下电气系统共模干扰的概念；第三，简单介绍一下我们的评估标准和解决方案，这个解决方案也是国外比较成熟的一些方案；最后一部分简单说一下我们技术服务的流程。

TUV莱茵成立于1872年，到现在为止有140年的历史，主要从事检测检验及认证服务，在历史上我们很多产品，像汽车、电梯，很多第一次检验都是由莱茵完成的。TUV这个机构在德国就是一个技术监督协会，相当于一个半官方的组织，我们在中国是1986年进入台湾，1989年进入上海，在中国的发展也是最早的。

我们现在在全球59个国家有超过500个分支机构，大概有2万人。TUV莱茵的资质是很齐备的，我们有德国政府的认可授权、海上项目的认可授权等等，可以说非常齐备。莱茵中国也是17020、17025坚持机构的认可授权及实验室的认可授权。莱茵在风电领域提供的服务还是非常全面的，我们可以提供包括整机机组的型式和部件的认证、项目的认证、管理体系，还有一些像供应商的评审等等，可以说我们可以提供全生命周期的服务。

下面介绍一下共模干扰，首先简单说一下什么是共模干扰。我们知道在电气系统中，共模电压实际指中心点对立的力量，实际就是电网三相电压的质量和，当电机接到电网运行的时候，共模电压的值非常小，对电机的影响也是非常小的。但是像在有变流器驱动的系统中，这个情况就有所不一样了，这是我们一个典型的双馈系统，在这个过程中，变流器的定原子又产生了一个共模电压，这个时候共模电压就会对电机产生影响。

它是怎么影响电机系统的呢？我们说它造成的影响之一就是轴电压，这是电机的一个主要结构了，我们知道电机的定子、转子，还有轴承之间存在着大量的寄生电容，正是由于这些寄生电容的存在，为我们刚才讲的共模电压提供了通路。右边这个是抽象出来的电路模型，我们可以看到，转子侧的共模电压和定子侧的共模电压，这两个同时作用于中间发电机轴的电位。我们通过简单的电路原理，就可以得出轴电压的表达式，通过这个式子可以看出，轴电压其实就是定转子的共模电压，通过寄生电容，然后在这个轴半基础上的分压，这可以说是一个基本原理。

通过这张图可以看得比较明显，我们的轴电压就是指发电机的轴跟客体的电压，这个轴电压具有高频特性，当它达到一定幅值的时候，有可能击穿油模，就有可能形成一个轴电流。因为我们在轴承运转过程中，由于温度转速，还有轴承的润滑程度不一样，所以轴承的电容是不断变化的，轴电压与轴电压的幅值是不一定成正比的。当然这个轴电压是我们的一条通路了。

通过右边的图可以看到，另一条通路是有可能从变流器出发，经过电缆的频率层或者接地线，返回到变流器，这是共模电流的另一条通路。当电机的接地做得不太完善的时候，有可能形成高电位，这个高电位有可能通过轴承以及齿轮箱的接地，再次回到变流器，这是共模电流的另一条通路。当然在这里面可能影响最大的就是轴电流。

那么它的危害，首先是轴电流造成发电机轴承电腐蚀，影响寿命。国内的业主做过五年的统计，其中坏到的80%是由于电腐蚀的原因造成的轴承失效，所以它也是影响发电机轴承寿命很重要的原因。共模电流的另一大危害就是影响机组工作的可靠性，我们知道现在的风电机组，尤其是海上机组，自用电一般取得于发电回路，通过变压器为机组供电。但是在设计过程中，可能很多设计工程师没有考虑共模电流的影响，结果就有可能导致回路设计得不是那么合理，最终就使得共模电流窜入了直流电回路，从而影响了机组的质量。

下面这个是我们在一个实际项目海上机组中测到的共模电流的含量，可以看到这个含量是比较高的，导致的结果是整个项目机组出现了主控开关的频繁误动作，严重影响了机组运行的可靠性。我们根据出现的问题也采取了相应的措施，最终就解决了这个问题，保证机组的运行。

第三块介绍一下评估标准以及解决方案，刚才讲到了共模干扰对机组的影响比较大，所以解决共模干扰是比较有意义的，通过我们了解机组的状态采取进一步的措施，以组织进一步的恶化，同时也为优化和解决方案提供了依据。这个问题的现状是，部分业主和主机厂家已经开始认识到，有些也设立了专门的科研项目或者是改造项目。但由于共模干扰检测和评估没有标准，市场又有这方面的需求，提供相应的技术服务。针对这样的背景，我们莱茵也是结合自身多年经验，参考了相关国际国内标准，同时也与协会、业主、整机厂家及相关单位，我们完成了一个检测和评估的标准，后面准备推向行业标准。

在这个标准中有两部分内容，一个是测试，一个是评估，在测试这块主要定义了标准适用的范围、测试的条件、测试方法，还有测试的设备，对设备的一些指标要求，像一些材料率、带宽等都作了要求。在评估这块，我们主要是对评估的指标，幅值指标、频率范围作了界定。然后对数据处理方法也提出了自己的方法，最后也给出了一个建议的优化水平，我们希望通过这个标准能指导我们在后面检测和评估过程中提供一些依据。

在这个标准中有一点要提的就是轴电压安全值，这在我们的标准中其实已经有标准，只是在对单端的轴电压，对于滚球和滚珠的轴承来说是0.1伏，对滑动来说是0.2伏。而两端之间对内的轴承来说是0.3伏，实际我们在测试的结果发现，这个值达到了几十伏甚至上百伏，所以我们测试的很多机组都遇到了这样的问题。其实有害轴电流发生的可能性，在标准中没有给出轴电轴的有效值，一个具体的值，可能因为系统不一样，所以这个值还是比较难以界定的。在一般情况下，我们也可以通过对共模电流的检测，然后来评估机组共模干扰受有害轴电压、轴电流影响的情况。

有了前面的检测以后，我们就需要一个解决方案了，在这块我们这个方案通过一个加装磁环的方案，这个方案原理还是比较简单的，磁环相当于一个磁型材料是磁心，基本原理就是将共模电流转化为涡流，通过热量的形式，在磁环上消耗掉。这个方案有两个特点，第一个是从源头去抑制共模干扰，原理是在共模干扰到达发电机之前我就采取措施，把这块检验过了。另一个特点是比较容易安装，可靠性也比较高。

后面我们通过对现场的安装检测，然后可以看到在安装磁环前后，机组共模电流的含量，磁环的数量不一样，后面有了一个非常明显的下降，这样也让机组避免了过早失效一个比较好的结果。在制定磁环方案的时候有几个因素是要重点考虑的，我们主要分为两块，一个是安全性，再一个就是经济性。因为我们的方案是在已经建成和安装好的基础上改造，首先要考虑改造对机组的安全性可能造成的影响，影响安全性主要有两个方面，一个就是机组的接地方案，再一个就是电缆的选型，这两块都需要计算和现场检测，这样才能保证我的安全性。

另一个需要考虑的因素就是我的经济性，这块主要是考虑充分利用我的磁环，需要考虑的因素有这么几块。一个是机组的共模干扰程度，还有磁环参数、材料，还有一个安装方式。综合考虑这些因素，我们才能最终制定一个既安全又经济的方案。

在制定方案过程中有一点需要特别指出，就是机组的接地系统，因为在实际项目中可以看到很多电机的接地其实是做得不完善的，因为我们这里考虑了共模电流是一个高频的特性，所以机组接地最好考虑同编织带接地，但我们看到很多都是普通的电缆接地，这可能影响效果。另一块，电缆我们希望采用平地电缆，并采用360度接地的形式。还有接地炭刷的选型，我们在实际中也发现很多选型是有问题的，所以就导致过早失效，这样就影响了效果。当然这块我们也可以通过现场评估，来一起制定优化的方案。

最后一块我就简单介绍一下技术服务的流程，我们TUV始终是以提供一站式服务方案为原则，首先是从客户的实际需求出发，然后综合考虑方案的安全性和可靠性。当然，我们首先是要保证机组的安全，然后在这个基础上尽可能可能机组的可靠性。最后一块，我们也要讲究经济性和可维护性，尽可能的减少业主或者主机厂家的一次性投入，还有后期的一些维护费用。

我们的服务流程大概是这样的，首先是我们对客户问题的具体分析，可能偏向于一些理论的分析，然后我们需要结合现场的检测来验证我们的分析，并给出评估的报告。然后我们可能会制定一个可行的方案，并且在这个方案比较经济性及可靠性，选择最具性价比方案。最后我们可能将进行方案实施、评估改造后的效果，确定最终方案，出具莱茵的检测报告，因为莱茵的检测报告也是全球认可的，对项目的执行都是非常有利的。

以上就是我今天要介绍的所有内容，非常感谢大家，如果有任何问题都可以与我联系，谢谢大家！

（根据速记整理）