上海行港新能源科技有限公司總經(jīng)理陳春華出席“第五屆中國風(fēng)電后市場(chǎng)專題研討會(huì)”， 在風(fēng)電機(jī)組運(yùn)維及大部件修復(fù)專題論壇，分享題為“風(fēng)電系統(tǒng)共模電流研究及解決方案”的主旨演講。
上海行港新能源科技有限公司總經(jīng)理 陳春華先生 以下為發(fā)言內(nèi)容：
陳春華：關(guān)于這個(gè)問題，前面已經(jīng)分析了一部分，涉及到這個(gè)問題，我這邊更多的結(jié)合我們已經(jīng)超過過的實(shí)際的案例，讓大家更深入地了解到這個(gè)問題的源頭以及我們現(xiàn)在能夠采用的一些措施。從七個(gè)方面分析現(xiàn)在面臨的問題，也許能讓大家在分析故障的時(shí)候多一個(gè)思路。
首先，什么是共模電流？現(xiàn)在隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，IGBT的高頻切換是共模電流產(chǎn)生的源頭。這個(gè)對(duì)控制來講是非常有幫助的，可以讓控制設(shè)計(jì)的越來越小型化，而且越來越精準(zhǔn)，但隨之帶來的附加問題讓你的頻率越來越高，輸出的共模電流頻率越來越高，最終會(huì)越來越高的頻率共模電流會(huì)擊穿絕緣的措施，最終導(dǎo)致系統(tǒng)的損壞。從這里看到源頭在你的變頻器里的IGBT，輸出的共模信號(hào)會(huì)隨著電纜線傳遞到發(fā)電機(jī)上，甚至如果你沒有絕緣措施的話會(huì)一路傳遞下去到你的減速箱到負(fù)載，再形成不同的回路。這兩個(gè)圖很容易理解，首先會(huì)產(chǎn)生共模電壓，但你的回路形成的時(shí)候，它會(huì)形成共模電路，會(huì)在系統(tǒng)不同的部分，形成不同的回路，通過接地的地方又流回到變頻器，或者流回到電網(wǎng)里面。這里產(chǎn)生了很多不同的回路，這里通過電機(jī)的地方，目前在風(fēng)場(chǎng)里面比較集中的問題，最終體現(xiàn)出來是軸承的電腐蝕。但共模電流產(chǎn)生的問題不局限于造成的軸承損壞，也還有其他的地方，可能有的時(shí)候比較奇怪的故障也是這個(gè)問題造成的，但我們難以分析。軸電流造成的軸承失效是相對(duì)比較集中的問題。
第二，共模電流產(chǎn)生的危害。EMC問題與產(chǎn)品功能關(guān)系不大，當(dāng)共模電流在電機(jī)內(nèi)部形成回路時(shí)，流經(jīng)轉(zhuǎn)子軸的電流稱為軸電流，該電流是造成軸承電腐蝕和潤滑失效的直接源頭。放電還會(huì)造成潤滑脂的失效。軸承可以視作集成電流，當(dāng)你的共模干擾信號(hào)頻率不是很高的時(shí)候，可以足夠保護(hù)你的流層，但共模足夠高的時(shí)候，形成的油膜、絕緣最終都會(huì)失效。這是我們實(shí)際分析測(cè)量250千瓦電機(jī)軸承，在不停地的運(yùn)行當(dāng)中不停地放電會(huì)產(chǎn)生，最終在這里形成一個(gè)電火花的信號(hào)，通過頻繁地在軸承滾動(dòng)當(dāng)中一直有這樣的放電現(xiàn)象，最終形成這樣的搓衣板狀紋。現(xiàn)在有一些數(shù)據(jù)，前面是美國那邊的兄弟公司傳過來的信息，一個(gè)軸承一般壽命是在10萬小時(shí)以上，但在整個(gè)生命周期里面或者更換涉及的費(fèi)用比較高。另外是國內(nèi)風(fēng)場(chǎng)自己統(tǒng)計(jì)的軸承失效的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。這個(gè)是歐洲前期在沒有使用任何保護(hù)措施發(fā)生的一些電腐蝕現(xiàn)象，可以看到它的電腐蝕現(xiàn)象也比較嚴(yán)重，極端的話還會(huì)造成發(fā)電機(jī)的燒毀。這個(gè)是歐洲的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，軸承電腐蝕造成的風(fēng)機(jī)失效所占的比重比較高。
對(duì)電機(jī)的壽命、可靠性來講最重要的是絕緣系統(tǒng)要保持穩(wěn)定，之前電機(jī)因素以前并不是非常核心的因素，因?yàn)橐郧安挥米冾l器的時(shí)候，絕緣系統(tǒng)和共模的因素并不那么直接相關(guān)。但現(xiàn)在隨著IGBT的普及，變頻器的應(yīng)用，這個(gè)問題慢慢變成了提前的問題。從這個(gè)圖里面看到很多不同問題造成最終電機(jī)孫，共模電流其中最直接的造成的就是一個(gè)軸承損壞，同時(shí)在間接很多其他的因素?fù)p壞。比方說過電流、軸承損壞造成振動(dòng)，分析源頭的時(shí)候或許可以考慮一下高頻的共模電流造成的。
從之前的分析，我們自己把共模電流定義為一個(gè)隱形的殺手，可能在系統(tǒng)里面不停地在運(yùn)行，但并不知道，最終影響可靠性。而且高頻的干擾信號(hào)，對(duì)不同的器械、容性、感性、通性的，后面結(jié)合案例具體分析造成的危害。這個(gè)是國家的標(biāo)準(zhǔn)，之前老早就有這方面的定義，只是以前這方面涉及的比較少，這個(gè)問題是被忽視的。這里軸電流的限額是1.5A/mm平方，軸承和軌道接觸的面很小，目前評(píng)估的結(jié)果來看，基本上現(xiàn)有方案，這個(gè)軸電流基本都少。
第三，什么是納米晶磁芯？我們看到很多公司選擇過這個(gè)方案，但最終并沒有執(zhí)行這個(gè)方案，最終燒掉了，毀掉了，反而造成一定的損壞。
第四，當(dāng)前共模電流防治措施。目前已經(jīng)看到的，第一個(gè)是最普遍的就是碳刷接地，這個(gè)采用的非常多。這個(gè)方案其實(shí)是采用了一個(gè)導(dǎo)的方案，把共模信號(hào)不要通過軸承，建立通道導(dǎo)到大壁了，形成了保護(hù)，但這個(gè)電流沒有吸收掉，而且是易損件，要維護(hù)的。第二個(gè)方面是做絕緣軸承或者絕緣處理，這個(gè)是堵的方案，增加阻抗的，不讓它通過，絕緣軸承用的比較多，當(dāng)然絕緣軸承比較貴。用絕緣軸承一定程度增強(qiáng)阻抗延緩壽命，但沒有把這個(gè)問題徹底解決，沒有把這部分電流徹底吸收掉。第三個(gè)是用評(píng)比電纜或系統(tǒng)接地，這個(gè)也是導(dǎo)的方案，不同的位置改善接地以后讓共模不要跑老跑去，跑到大地上。這個(gè)是鐵氧體磁芯方案，這個(gè)在大電流方面并不和適用，一般在通信領(lǐng)域用的比較多。我們現(xiàn)在說的是納米晶磁芯方案，這個(gè)是比較有效的方案，而且真正把共模電流吸收掉。當(dāng)不平衡電流穿過的時(shí)候，這個(gè)不平衡電流會(huì)在磁芯內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電流，然后轉(zhuǎn)化熱能散發(fā)，會(huì)消耗一定的電流，共模電流就是不平衡電流，這個(gè)是最基本的原理。我們看到現(xiàn)在使用的這個(gè)方案應(yīng)該說有比較明顯的優(yōu)勢(shì)，尤其是對(duì)后市場(chǎng)，已經(jīng)裝機(jī)的設(shè)備，這個(gè)方案是比較便捷也比較容易實(shí)現(xiàn)，而且有非常好的效果的措施。而且不用維護(hù)，裝好基本上是一勞永逸的。
第六，納米晶磁芯方案驗(yàn)證，這個(gè)在實(shí)驗(yàn)室、現(xiàn)場(chǎng)都非常容易實(shí)現(xiàn)。這個(gè)是測(cè)試到的電壓和電流波形，IGBT輸出的都是PWM的方波，每一個(gè)波把它放大，每一次切換會(huì)有一個(gè)高頻的振蕩。我們把磁芯裝上去，看前后兩個(gè)波的波形變化，高頻振蕩在打開的瞬間就沒了。這是我們驗(yàn)證的已經(jīng)產(chǎn)生結(jié)果的一個(gè)項(xiàng)目，這個(gè)軸承已經(jīng)是腐蝕掉了，我們?nèi)绻y(cè)試它的共模電流的值，可以看到它的共模電流峰值大概要86萬，裝兩個(gè)磁芯以后，它馬上變成49，再加一個(gè)磁芯又變成了42Amps，這個(gè)是在接地器上測(cè)得的，在加磁芯前后變化一個(gè)是24A，一個(gè)是9A。這個(gè)是測(cè)試的軸電壓從37V變成了14V，裝了磁芯以后。這個(gè)是模擬裝了軸電流，這個(gè)電流基本上等于軸電流，有了導(dǎo)線以后不會(huì)通過軸電流，可以看到從7A降到了2A。
第七，應(yīng)用案例。這個(gè)是華能通榆團(tuán)結(jié)風(fēng)電場(chǎng)，這是在內(nèi)蒙赤峰的點(diǎn)測(cè)的值，共模電流下降了80%，這個(gè)裝了12個(gè)磁芯。這個(gè)在張家口那邊的風(fēng)場(chǎng)看到的，這個(gè)風(fēng)場(chǎng)運(yùn)行了很多年，他的軸承每年報(bào)廢的數(shù)量是比較多的，這個(gè)問題現(xiàn)在在這個(gè)行業(yè)里面目前是一個(gè)比較嚴(yán)重的問題應(yīng)該要及時(shí)采取措施，我們這個(gè)下降了52%。
這個(gè)是其他的應(yīng)用，這個(gè)是空壓機(jī)項(xiàng)目，電機(jī)溫升也有一定的下降，這個(gè)是工業(yè)的應(yīng)用，是產(chǎn)生了通信干擾，當(dāng)它裝了變頻器以后，旁邊的顯示器無法正式使用，我們?nèi)ガF(xiàn)場(chǎng)評(píng)估以后，這個(gè)干擾信號(hào)降到55%以后就恢復(fù)生產(chǎn)工作了。這個(gè)是鋼廠軋線的項(xiàng)目，我們裝了磁芯以后，馬上共模的電流下降了，下降以后電機(jī)溫升整個(gè)使用工況也會(huì)有一定改善。這個(gè)是寶鋼的項(xiàng)目，電機(jī)的軸承損壞有所延緩，后面電機(jī)和變速箱之間沒有任何的絕緣措施，后面造成了變速箱的軸承不停地在損壞。
如果你的系統(tǒng)沒有絕緣的地方，或者絕緣不是很妥善的地方，那么很容易就會(huì)造成整個(gè)的系統(tǒng)里面共模電流到處跑，可能會(huì)在你無法確定的時(shí)候就會(huì)在你的系統(tǒng)里面造成一定的危害。這是造紙廠的改造，其他的工業(yè)應(yīng)用，新能源汽車EMC解決方案，原理是一模一樣，就是這樣高頻的干擾信號(hào)，包括特斯拉也是要用這樣的方案去改善，改善他整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。所以這不是單個(gè)部件的問題，如果單個(gè)看變頻器或者分析發(fā)電機(jī)本身都是符合要求的，但形成新的系統(tǒng)，用了很長(zhǎng)的導(dǎo)線連起來，形成新的完整的系統(tǒng)最終會(huì)產(chǎn)生一些其他的問題。
在新電機(jī)領(lǐng)域，現(xiàn)在有比較完善的EMC測(cè)試的方式，但是風(fēng)電系統(tǒng)，因?yàn)槲覀冊(cè)O(shè)備非常大，沒辦法完整地幫你做一個(gè)測(cè)試評(píng)估，所以這個(gè)問題目前是被忽略的，我們現(xiàn)在可以提供一些測(cè)試評(píng)估，提供一定的解決方案。現(xiàn)在采取的解決措施，目前我們看到的只能一部分解決問題，并不能完全解決問題。
謝謝大家！
（根據(jù)發(fā)言整理，未經(jīng)本人審閱）
