上海行港新能源科技有限公司總經理陳春華出席“第五屆中國風電后市場專題研討會”， 在風電機組運維及大部件修復專題論壇，分享題為“風電系統共模電流研究及解決方案”的主旨演講。

　　陳春華：關于這個問題，前面已經分析了一部分，涉及到這個問題，我這邊更多的結合我們已經超過過的實際的案例，讓大家更深入地了解到這個問題的源頭以及我們現在能夠采用的一些措施。從七個方面分析現在面臨的問題，也許能讓大家在分析故障的時候多一個思路。

　　首先，什么是共模電流？現在隨著半導體技術的發展，IGBT的高頻切換是共模電流產生的源頭。這個對控制來講是非常有幫助的，可以讓控制設計的越來越小型化，而且越來越精準，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，最終會越來越高的頻率共模電流會擊穿絕緣的措施，最終導致系統的損壞。從這里看到源頭在你的變頻器里的IGBT，輸出的共模信號會隨著電纜線傳遞到發電機上，甚至如果你沒有絕緣措施的話會一路傳遞下去到你的減速箱到負載，再形成不同的回路。這兩個圖很容易理解，首先會產生共模電壓，但你的回路形成的時候，它會形成共模電路，會在系統不同的部分，形成不同的回路，通過接地的地方又流回到變頻器，或者流回到電網里面。這里產生了很多不同的回路，這里通過電機的地方，目前在風場里面比較集中的問題，最終體現出來是軸承的電腐蝕。但共模電流產生的問題不局限于造成的軸承損壞，也還有其他的地方，可能有的時候比較奇怪的故障也是這個問題造成的，但我們難以分析。軸電流造成的軸承失效是相對比較集中的問題。

　　第二，共模電流產生的危害。EMC問題與產品功能關系不大，當共模電流在電機內部形成回路時，流經轉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。放電還會造成潤滑脂的失效。軸承可以視作集成電流，當你的共模干擾信號頻率不是很高的時候，可以足夠保護你的流層，但共模足夠高的時候，形成的油膜、絕緣最終都會失效。這是我們實際分析測量250千瓦電機軸承，在不停地的運行當中不停地放電會產生，最終在這里形成一個電火花的信號，通過頻繁地在軸承滾動當中一直有這樣的放電現象，最終形成這樣的搓衣板狀紋。現在有一些數據，前面是美國那邊的兄弟公司傳過來的信息，一個軸承一般壽命是在10萬小時以上，但在整個生命周期里面或者更換涉及的費用比較高。另外是國內風場自己統計的軸承失效的統計數據。這個是歐洲前期在沒有使用任何保護措施發生的一些電腐蝕現象，可以看到它的電腐蝕現象也比較嚴重，極端的話還會造成發電機的燒毀。這個是歐洲的統計數據，軸承電腐蝕造成的風機失效所占的比重比較高。

　　對電機的壽命、可靠性來講最重要的是絕緣系統要保持穩定，之前電機因素以前并不是非常核心的因素，因為以前不用變頻器的時候，絕緣系統和共模的因素并不那么直接相關。但現在隨著IGBT的普及，變頻器的應用，這個問題慢慢變成了提前的問題。從這個圖里面看到很多不同問題造成最終電機孫，共模電流其中最直接的造成的就是一個軸承損壞，同時在間接很多其他的因素損壞。比方說過電流、軸承損壞造成振動，分析源頭的時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隱形的殺手，可能在系統里面不停地在運行，但并不知道，最終影響可靠性。而且高頻的干擾信號，對不同的器械、容性、感性、通性的，后面結合案例具體分析造成的危害。這個是國家的標準，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，目前評估的結果來看，基本上現有方案，這個軸電流基本都少。

　　第三，什么是納米晶磁芯？我們看到很多公司選擇過這個方案，但最終并沒有執行這個方案，最終燒掉了，毀掉了，反而造成一定的損壞。

　　第四，當前共模電流防治措施。目前已經看到的，第一個是最普遍的就是碳刷接地，這個采用的非常多。這個方案其實是采用了一個導的方案，把共模信號不要通過軸承，建立通道導到大壁了，形成了保護，但這個電流沒有吸收掉，而且是易損件，要維護的。第二個方面是做絕緣軸承或者絕緣處理，這個是堵的方案，增加阻抗的，不讓它通過，絕緣軸承用的比較多，當然絕緣軸承比較貴。用絕緣軸承一定程度增強阻抗延緩壽命，但沒有把這個問題徹底解決，沒有把這部分電流徹底吸收掉。第三個是用評比電纜或系統接地，這個也是導的方案，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。這個是鐵氧體磁芯方案，這個在大電流方面并不和適用，一般在通信領域用的比較多。我們現在說的是納米晶磁芯方案，這個是比較有效的方案，而且真正把共模電流吸收掉。當不平衡電流穿過的時候，這個不平衡電流會在磁芯內部產生感應電流，然后轉化熱能散發，會消耗一定的電流，共模電流就是不平衡電流，這個是最基本的原理。我們看到現在使用的這個方案應該說有比較明顯的優勢，尤其是對后市場，已經裝機的設備，這個方案是比較便捷也比較容易實現，而且有非常好的效果的措施。而且不用維護，裝好基本上是一勞永逸的。

　　第六，納米晶磁芯方案驗證，這個在實驗室、現場都非常容易實現。這個是測試到的電壓和電流波形，IGBT輸出的都是PWM的方波，每一個波把它放大，每一次切換會有一個高頻的振蕩。我們把磁芯裝上去，看前后兩個波的波形變化，高頻振蕩在打開的瞬間就沒了。這是我們驗證的已經產生結果的一個項目，這個軸承已經是腐蝕掉了，我們如果去測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，裝兩個磁芯以后，它馬上變成49，再加一個磁芯又變成了42Amps，這個是在接地器上測得的，在加磁芯前后變化一個是24A，一個是9A。這個是測試的軸電壓從37V變成了14V，裝了磁芯以后。這個是模擬裝了軸電流，這個電流基本上等于軸電流，有了導線以后不會通過軸電流，可以看到從7A降到了2A。

　　第七，應用案例。這個是華能通榆團結風電場，這是在內蒙赤峰的點測的值，共模電流下降了80%，這個裝了12個磁芯。這個在張家口那邊的風場看到的，這個風場運行了很多年，他的軸承每年報廢的數量是比較多的，這個問題現在在這個行業里面目前是一個比較嚴重的問題應該要及時采取措施，我們這個下降了52%。

　　這個是其他的應用，這個是空壓機項目，電機溫升也有一定的下降，這個是工業的應用，是產生了通信干擾，當它裝了變頻器以后，旁邊的顯示器無法正式使用，我們去現場評估以后，這個干擾信號降到55%以后就恢復生產工作了。這個是鋼廠軋線的項目，我們裝了磁芯以后，馬上共模的電流下降了，下降以后電機溫升整個使用工況也會有一定改善。這個是寶鋼的項目，電機的軸承損壞有所延緩，后面電機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，那么很容易就會造成整個的系統里面共模電流到處跑，可能會在你無法確定的時候就會在你的系統里面造成一定的危害。這是造紙廠的改造，其他的工業應用，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，包括特斯拉也是要用這樣的方案去改善，改善他整個系統的可靠性。所以這不是單個部件的問題，如果單個看變頻器或者分析發電機本身都是符合要求的，但形成新的系統，用了很長的導線連起來，形成新的完整的系統最終會產生一些其他的問題。

　　在新電機領域，現在有比較完善的EMC測試的方式，但是風電系統，因為我們設備非常大，沒辦法完整地幫你做一個測試評估，所以這個問題目前是被忽略的，我們現在可以提供一些測試評估，提供一定的解決方案。現在采取的解決措施，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！

　　（根據發言整理，未經本人審閱）