德国莱茵TUV牟金善：风电机组电气系统检测及评估服务
2018年10月17日-19日，2018北京国际风能大会暨展览会（CWP 2018）在北京新国展隆重召开。本次大会由中国可再生能源学会风能专业委员会、中国循环经济协会可再生能源专业委员会、全球风能理事会、中国农业机械工业协会风力机械分会、国家可再生能源中心和中国电子信息产业发展研究院（赛迪集团）六大权威机构联合主办。
德国莱茵TUV工业服务项目经理牟金善在“风电场运行维护论坛”中发表主旨演讲，演讲主题为《风电机组电气系统检测及评估服务》。
以下为发言实录：
牟金善：尊敬的各位风电同仁大家下午好，很荣幸有机会能够在这里跟大家交流，我是来自德国莱茵TUV工业服务项目的牟金善，今天来给大家介绍一下我们莱茵在风电电气系统，这里主要是指服务项目，我的报告分为这么几块，第一个介绍一下莱茵，第二个介绍一下共模干扰的原理，第三个是检测及评估标准，第四个是优化方案，最后介绍一下技术服务的原则和实施流程。
我们莱茵是一家全球权威的第三方认证公司，我们成立于1872年，总部在德国，我们有140多年的历史，是第三方检测的公司，在历史上像很多的设备，电器、汽车都是由莱茵首测完成的，我们在全球59个国家有超过五百个分支机构，我们的员工们将近两万人，这个是我们2017年的数据，而我们莱茵的资质非常齐全，我们有德国（英文）认可授权，德国政府认可的授权，我们莱茵中国主要有IEC的认可授权，我们也是认可实验室以及中国认监委的授权，那么莱茵在风电领域提供的服务也是非常的全面，包括像形式认证，部件认证，项目认证还有IEC认证，还有项目评估，供应商评估，培训还有尽职调查，可以说我们可以提供风电全生命周期的服务。
第二部分我们开始进入我们的主题，就是一个共模干扰，首先共模干扰的定义，我们知道在电气系统中共模电压指的是中心点的这个零序电压，它三项电压的一个和，接到电网的运行过程中，由于它是三项电压对称的，这个时候不会对电机造成影响，那么在这个系统中，这个时候我的电压电网完全对称，这个共模电压也不为零，这个是双个电阻的典型结构，发现通过变流器的整流逆变进行发电并网，在这个过程中产生的共模电压可以用这样的式子来表达，这个共模电压必然会对机组造成影响，到底是怎样影响机组的呢？我们知道在发电机中，定转子都存在着大量的电压，我们为共模电压影响发电机的轴提供了路径，因为这个是现在的研究成果，也就是抽象出来的一个电路的模型，我们可以看到定转子侧的共模电压，定转子侧的共模电压同时影响了定位，它的表达式可以用这样的式子来考虑，这个只考虑共模电压之下的表达式。
那么这个图可能比较清晰的看到主电压的概念，它就是指的发电机的轴，它指的是发电机的轴跟地之间的电压，那么这个电压值它是作用在我们轴承上的，当这个值超过一定值的时候，发现轴承之间的形成环流，这样形成了主电流，我们知道发电机在运行的过程中，发电机的轴跟轴承之间的电容是随着温度转速，还有实际的状况在变化的，所以说由于这个电容在变，所以这个轴电流和轴电压的值并不一定是成比例的，那么除了这个轴电流，共模电流在这个电气系统中还有其他几条路径，一条是它通过电缆的屏蔽层返回到电流气，这个是一条路径，另外一个如果此时的系统做的不好，有可能导致我这个电位升高，这样通过联轴器入地回到变流器，这样共模电流的另外一条路径，那么在这几条路径中我们最关心的是轴电流，因为会对机组造成的影响最大，下面说一下共模干扰的危害，刚才我们说了轴电流，对机组造成最大的一个危害，就是说会造成发电机轴承的电腐蚀，大家可以看到这个是非常典型的，轴电流对我轴承的内外圈还有滚球造成了腐蚀，这个在国内曾经做过一个统计，有一个两兆瓦在五年内坏掉的轴承中其中有80%是由于共模干扰造成的一个电蚀，所以这个问题是相当的严重。
那么共模干扰对机组造成影响的另一个重大的可能的原因，可能的结果就是影响我机组工作的可靠性，这我可以看到它的基本原理就是说通过我机组风电机组自用电回路影响到我主控系统的用电的质量，电能质量，这个它可能造成我开关的误动作，或者是部件的一场发热。这个问题我们在国内的主机场现场的海上项目中是实际看到过的，而且我们对这个机组的自用电的做了测试，我们看到在这个电流中它有比较大的共模分量。好，上面主要是介绍我们共模干扰的危害，通过这个共模干扰的危害，我们就可以知道其实我们对共模干扰的检测是有意义的，它可以帮助我们了解机组当前运行的状态，并有利于我们采取进一步的措施，对这个问题进行优化。
第二个可以对我们优化或者改造的方案提供依据，那么目前的现状是这样的，就是说我们目前国内的主机场或者业主已经开始对这个问题有所认识，但是因为在这一块目前还是缺乏统一的检测和评估的标准，那么这一块也存在着一定的市场需求，首先是需要出台相关的标准，再一个就是提供相应的技术和检测服务。那么基于这个背景我们德国TUV莱茵联合协会和相关单位结合多年的经验，我们已经起草了一个标准，后面我们将这个标准推向团体标准或者是行业标准，这里我简单介绍一下，我们这个标准首先是一个测试的标准，在这个标准中我们是定义了我们这个标准适用的范围，然后一个测试的条件，还有测试的方法，步骤，以及测试的设备，包括像一些设备的血型，测试设备的选型，带宽采样率等等，在评估标准中我们主要定义了描述共模干扰的一些福祉指标，还有一些是频率的范围，数据处理的方法，还有一个最终建议的优化水平，那么在这个标准中值得一提的是主电压的安全值，主电压的安全值现在其实是有标准的，那么对于轴对基座值是0.1伏，对环动的是0.2伏，端对端的安全轴电压是0.3伏，我们在实际测试中发现尤其是在驱动电机的系统中，我们测到的值可以达到几十伏，或者上百伏，所以说这么严重的共模干扰会对我们机组造成严重的影响。
那么我们这个轴电压的意义是对于这个意义，第二个在这个标准中没有给出具体的轴电流具体的一个安全值，在这种情况下就是说我们可以通过共模电流的检测，来评估我的共模干扰的影响，这一块也是具有重要的参考意义。
第四部分我们介绍一个解决优化共模干扰问题的方案，这个也是国外比较成熟的一个方案，它就是一个加装磁环的方案原理也比较简单，我将磁环安装在电缆的三项线上，根据这个电子干扰原理将这个共模电流转化为磁环为的涡流，通过发热将它消化掉，这个方案的特点首先是从源头上可以抑制共模干扰，再一个它在改造实践中是比较易于安装，而且可靠性也较高。我们在现场做过检测，然后的话通过改造以后的话，这个共模电流的值得到了大幅的降低。那么在制定这个方案过程中，我们需要考虑哪些因素呢，我们说这边是分了两块，一块是考虑安全性，一块是考虑经济性，首先安全性方面需要考虑这个电压接地方式，呼叫材料等等，因为这个可能涉及到机组的安全性，因为它是在已经建好的机组上进行改造，所以我要考虑这个风险，所以这一块也是需要特别注意的一部分内容，它的完成是需要我们理论计算，还有现场的检测来完成的。
另一方面是经济性，首先需要考虑我们共模干扰的程度，再一个是磁环的参数，再一个是材料，最后一个是安装的方式，这一块可能是影响了我材料的利用率还有方案的经济性，我们认为在综合考虑了这些方案以后，我们才能充分的满足我们改造过程中的安全性还有经济性的要求。那么为了更好的配合我们这个方案，就是我们还需要对这个电机的接地系统进行优化，目前我们国内的风电机组的接地系统很多做的不太好，这是因为比如说我们经常是用普通的电缆去做接地，但实际上考虑这个共模电流的高频特性，我们还是更推荐采用铜编织袋，再一个就是采用360度的高频接地，最后一个就是说炭刷的选型，很多机组中炭刷的选型不好，选型不合理导致这些效果不好，这些都是存在的，我们同时对这些进行优化，就可以保证比较好的抑制共模干扰的一个效果。
最后一块简单介绍一下TUV莱茵的制定原则和实施流程，我们提供的是一站式服务方案，我们是尽最大效率的帮助客户解决问题，那么首先我们是从客户的实际需求出发，然后的话我们在提供服务的过程中充分考虑了安全性与可靠性，就是在解决客户问题的情况下，首先是保证安全，然后是保证了机组运行的可靠，最后的话就是考虑一个经济性和维护性，最大程度的为我们的客户节省成本，还有节省后期运维的费用，我们的服务流程是这样的，首先我们是对客户的实际需求进行分析，然后我们需要到现场进行检测，评估我们机组当前的状况，然后我们根据这个机组目前的状态制定可行的改造方案，然后我们会比较这些方案的经济性和可靠性，选择其中最具性价比的方案，然后我们再对方案进行实施，再评估我们改造后的效果。最后我们确定最终的方案，我们可以给客户提供相应的检测报告，这个就是我今天要介绍的内容，谢谢大家，如果大家有问题可以跟我联系，谢谢。
