金风1500kw机组电机电网部分原理介绍

前言金风1500KW机组电机电网部分原理介绍目录第一章金风1500KW系列风力发电机组永磁发电机简介.............................3一概述及发电机主要参数.......................................................3二结构组成介绍...............................................................4三电机永磁特性说明...........................................................5四出厂测试...................................................................5第二章金风1500KW系列风力发电机组电气及并网特性.............................7一金风1.5MW风机系统参数.....................................................71系统参数..................................................................72系统故障保护参数..........................................................73风机短路电流..............................................................84风机升压变压器基本电气参数................................................95金风1.5MW风机风电场并网设计电气考虑重点..................................96风电场通讯硬件标准.......................................................10二金风1.5MW风机并网运行特性................................................101并网特性——有功功率控制.................................................112并网特性——无功功率控制.................................................113并网特性——启动过程.....................................................12三金风1500KW风力发电机组美式专用箱式变电站技术要求.........................161一般要求.................................................................162主要技术参数要求.........................................................173结构及其它技术要求.......................................................19四箱式变电站同变流器相连的电缆的技术要求....................................221一般要求.................................................................222主要技术要求.............................................................22第一章金风1500KW系列风力发电机组永磁发电机简介一概述及发电机主要参数1500KW发电机为外转子式永磁同步风力发电机，励磁方式为永磁体励磁，额定功率为1580KW、额定转速16.6转（87机型），17.3转（77、82机型）19转（70机型）、极数88极、6相、额定电压690V，防护等级为IP23，发电机重量43.6吨。定子绕组材料全部采用F级以上等级的绝缘材料，温升按照B级考核。定子绕组使用高性能聚酯亚胺绝缘树脂真空浸渍，优良的浸漆环境充分的保证了定子绕组绝缘性能。独特的散热方式使发电机的温升只有60K。采用一套独特的自冷却结构将气流通过导风套引入定子铁芯外部，当随着风速的增加，发电机功率也增大，同时产生的热量也在增加，恰好符合发电机大功率下的冷却设计。在发电机的定子、转子上设计制造有两个方便维护人员穿越的舱门和相应的人孔。并配有双重的机械、电气安全保障措施。由于采用这种永磁体外转子结构，与同功率电励磁风力发电机相比，金风77/1500风力发电机组的电机的尺寸和外径相对较小。发电机转子被叶轮直接驱动，当传统结构中的齿轮箱部件取消后，润滑油泄漏、噪音、齿轮箱过载和损坏的问题因而消失了，同时也会降低用户的运行和维护成本。图显示了两种结构的对比。图中两种结构的气隙直径相同，功率输出相同。金风77/1500风力机外转子直径仅仅比定子直径大了100多毫米，而电励磁电机结构高出气隙直径很多。电机直径减小后重量减轻，易于公路运输。发电机主要部件如图一所示图一1500KW发电机剖面图1）定子支架2）铁芯3）转子支架4）闸体5）绕组线圈6）磁极二结构组成介绍2.1定子发电机定子主要由定子支架、铁芯、绕组线圈及绝缘系统等部分组成，其主要生产流程如图二所示：定子支架到厂铁芯叠装嵌线、并头浸漆烘干检查出厂图二定子生产主要工序流程其中定子铁芯共有576槽，由0.5mm厚的硅钢片逐片叠成，铁芯总高度740mm；绕组线圈为预成型式，由扁铜线绕制涨型而成，匝间包有绝缘；绝缘系统均采用F级以至更高等级，B级考核2.2转子发电机转子主要由转子支架和磁极组成，起着建立旋转磁场的作用。为改善转子强度，外圆一侧有加强环，在主轴非传动端侧面设有连接法兰。采用外转子结构，电机热损耗的主要部分从叠片定子铁芯传导到散热齿，然后被外部的冷却气流带走，有利于磁钢的磁性能稳定。转子采用斜级，各磁极相对于轴向均有一定角度倾斜，加之分数槽设计，可有效减少发电机齿槽效应的影响。三电机永磁特性说明a)按照发电机出口侧三相短路电流（8倍额定电流），计算短路电流产生的冲击退磁磁场强度，按照2.5倍冲击退磁磁场强度，选择永磁体的额定矫顽力值，依据额定矫顽力值，选择永磁体材料。b)金风公司选择的1500KW发电机永磁体，工作点在退磁曲线的拐点之上，是拐点值的3--4倍。同时我们选用的是具有较高的矫顽力值的磁钢材料，具有较高的抗去磁能力，不会造成永磁体的不可逆退磁。c)金风公司在设计发电机时，充分考虑到了特殊工况时产生的反向磁场对磁体的退磁作用，设计上通过计算，选取的永磁磁钢各项性能参数，能保证在过载、短路、雷击时永磁体工作点在拐点之上，永磁磁钢不会产生永久退磁现象。四出厂测试发电机出厂测试作为发电机出厂前的最后一道检验手段，目的是检查发电机装配质量以及是否存在缺陷，具体检查项目如下：4.1发电机绝缘电阻测量检测发电机绕组对地的绝缘和绕组间绝缘，防止在装配过程中绕组绝缘受到损坏后，运行时发生事故和人身受到伤害。测量绝缘电阻时应同时量取测量环境温度、湿度。测量绕组绝缘电阻时，需分别测量各套绕组对机壳以及绕组相互间的绝缘电阻，这时不参加试验的其他绕组和埋置检温元件等均应与铁心或机壳做电气连接，机壳应接地。绝缘电阻测量完毕后，每个回路应对接地的机壳做做电气连接使其放电。试验完成后需对测试部件进行放电确保人身安全。测试仪器：摇表或者数字绝缘电阻表。4.2绕组直流电阻测量测量时发电机的转子应保持静止不动，且电机附近无大的振动源工作（如行车，电/气动扳手等），以避免测量偏差。测量时注意：电机每相为3根引出线，先逐根测量该相电阻值，以确认引线是否虚焊，每次读数与三次平均读取数据的平均值之差在平均值的±0.5%范围内，取其平均值作为电阻的实际测量值。测量室内温度和湿度。直流电阻不平衡度为相电阻的最大值与最小值之差和最小值的比值：直流电阻不平衡度应不大于2%。测试仪器：双臂电桥或者数字微欧计。4.3工频交流耐压试验本试验只对装配完成、各部件处于正常工作状态下的新电机进行。试验应在制造厂内进行。试验应在电机静止状态下进行。试验时分为三段，分别在两套绕组对地以及两套绕组之间进行。耐压试验的试验电压波形应尽可能接近正弦波。在整个耐压试验过程中，不参加试验的其他绕组和埋置检温元件等均应与铁心或机壳做电气连接，机壳应接地，要作好必要的安全措施，被测电机周围有专人监护。测试仪器：工频耐压机。4.4匝间试验首先确认发电机套装工作全部完成。试验应在制造厂内、在发电机静止状态下进行。要分别检测两套绕组的匝间绝缘状况。测试仪器：匝间仪。4.5空载试验空载试验是为检测发电机在额定转速情况下轴承、转子同定子等的部件运转情况，同时可以进行电压和波型以及空载特性的测定。空载试验时，应在工作转速范围内均匀采集9～10个点的数值，采集分析空载电压波形并得到空载时的转速-电压曲线。测试仪器：拖动变频器，功率分析仪或同功能仪器4.6噪声测试检查发电机空载转动时的噪声值，同时可以检查装配质量。测试仪器：声级计第二章金风1500KW系列风力发电机组电气及并网特性一金风1.5MW风机系统参数1系统参数金风1.5MW风机采用无增速齿箱的叶轮直接驱动发电机技术，采用多极对的永磁同步发电机组。风机的全部功率通过全功率的1.5MW变频器并网，主拓扑结构如下图1所示。由于风机通过变频器并网，因此风机的并网电气特性独立于发电机，而由变频器电气特性决定。图1金风1.5MW宽频调速永磁直趋风机主拓扑图风机系统的并网电气参数如下表1所示表1.风机并网电气参数参数数值单位相数3额定电压690V额定功率1500KW视在功率1579kVA控制系统消耗功率20KW额定电流1320A短路电流(可控)1600A频率50Hz功率因数默认值1感性0.95-容性0.95可调2系统故障保护参数在系统发生故障时，出于对电网稳定和风机自身电气设备的保护，风机将根据故障持续时间判读是否从系统中切出运行。具体的保证值、延迟时间如下表2所示表2系统故障保护参数参数数值单位延迟时间（s）低电压保护0.9p.u.1高电压保护1.1p.u.1三相功率不平衡30KW300低频率保护47Hz0.1高频率保护50.4Hz0.1注：系统保护参数可以根据各地电网公司要求进行适当修改，但不建议将保护参数调节过大。如果风机并网点出现上述表格中的系统故障并且持续时间超多设定值，风机将退出运行。举例说明，当风机机端电压高于额度参考电压1.1倍（690×1.1=760V）持续时间超过1s，风机将退出运行。3风机短路电流在风机并网运行过程中发生并网点短路，根据并网点电压跌落情况可以将风机的短路电流分为以下三种情况：●当系统电压跌落至额定电压的15%以下时，即相电压低于60V时，风机在20ms内从电网切除。●当系统电压跌落范围在27%~90%之间时，风机向系统提供恒定的1600A短路电流，时间为1s。1s以后，如果系统故障解除、系统电压恢复，风机将继续并网运行；如果电网电压未在该时间内恢复到正常水平，风机将退出运行。●当系统电压跌至额度电压的15%~27%之间时，风机向系统提供恒定的1600A短路电流，风机提供短路电流时间与系统机端电压的对应关系满足德国E.onGridCode标准，具体值参考下图2所示，红线以上的阴影部表示风机并网运行。举例说明，当风机并网点电压为额定电压的15%时，风机提供1600A短路电流，时间为750ms。如果在该时间内系统故障解除、系统电压恢复，风机将继续并网运行；如果电网电压未在750ms内恢复到正常水平，风机将退出运行。图2风机提供短路电流时间与机端电压的关系4风机升压变压器基本电气参数金风1.5MW风机一般采用“一机一变”的形式并入风