高海拔对风电电机的影响刘泽永摘要根据高海拔气候特点，分析了风电齿轮箱润滑系统用拖动电机与低海拔地区使用时相比的散热变化情况，并提出了利用机舱散热设备减小海拔高度变化对电机的影响。1．引言随着低海拔风场的逐步被开发，高该海拔地区的风场日益成为开发的重点，这些地区的海拔高度对风机运行产生的影响有哪些，可参考的资料较少，增加了产品使用后出问题的风险。因此，在产品设计时尤其要谨慎，对设计所依赖的计算条件要贴近实际并尽量从严要求，这可以在产品开发初期减少故障率。2．高海拔的气候特点及影响2.1高海拔下的气候变化随着海拔增加，变化较大的是气压、空气密度和环境温度，并伴随着紫外线强度等的变化。空气密度与海拔高度的关系如下表1所示。表1海拔高度与空气密度的关系海拔高度0100020002500300040005000相对大气压力10.8810.7740.7240.6770.5910.514相对空气密度10.9030.8130.7700.7300.6530.583绝对湿度(g/m3)117.645.304.423.682.541.77注：标准状态下大气压力为1，相对空气密度为1，绝对湿度为11g/m3。从表中可知，海拔高度每升高1000m，相对大气压力降低约12%，空气密度降低约10%，绝对湿度随海拔高度升高而降低。无遮蔽的自然流通空气的温度随海拔高度的升高而降低，一般研究所采用的空气温度随海拔高度的变化关系如下表2所示。表2海拔高度与空气温度的关系海拔高度(m)1000150020002500300035004000最高气温(℃)4037.53532.53027.525平均气温(℃)2017.51512.5107.55从表2可以看出：一般情况下，海拔高度每升高1000m，空气最高温度降低5℃，平均温度也降低5℃.在海拔高速小于15km的区间内，宇宙射线粒子数随海拔高度的增加而增加。粒子强度相对变化趋势如图1所示。---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---图1宇宙粒子强度随海拔高度变化2.2高海拔对电机的影响2.2.1对绕组电晕的影响气压降低使绕组的起始电晕电压降低。根据帕邢定律：在均匀电场中，击穿电压和电极距离与气压的乘积成正比。因此，在电气距离不变的情况下，气压降低会造成气隙的击穿电压降低。根据<GBT16935.1-2008绝缘性能>可知，在海拔2000米以上如果不采取绝缘加强措施，则需要将电气间隙加大，电气间隙的部分修正系数如下表3所示。表3海拔高度与电气间隙的修正关系海拔高度（m）正常气压kpa电气间隙相对值200080.01.00300070.01.14400062.01.29500054.01.48600047.01.70700041.01.95800035.52.25900030.52.621000026.53.02注：400/690线电压系统，在海拔高度2000m及以下的电气间隙距离为8mm。对于高海拔使用的电机则只能通过使用耐电晕绝缘系统替代低海拔电机的绝缘来实现，电机的绝缘等级并不改变。耐电晕绝缘将采用耐电晕漆包线，并在定子槽内喷耐电晕绝缘漆，增加绕组的槽满率，如果间隙大则在绕组和槽间塞防电晕波纹板，槽内垫条采用防电晕材料等。耐电晕漆包线标准可以参照变频电机用的耐电晕漆包线国家标准<GB/T21707-2008变频调速专用三相异步电动机绝缘规范>。2.2.2对电机冷却的影响中高速风力发电机机舱内发热部件包括齿轮箱和发电机，部分有变流器。齿轮箱和发电机发热功率大，配备专用的冷却系统。齿轮箱冷却系统多是油-空气冷却器，发电机有空-空和水-空气冷却两种。以空气为冷却介质的都直接将热空气排出舱外。机舱布置大部---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---分如图2所示。图2机舱设备的散热方式假设海拔1000m时机舱最高温度为50℃，此时舱外环境温度为40℃。则在将机组转移到4000m时舱内要有同样的散热功率，则换热空气的温升为13.83℃，此时机舱温度为38.83℃。假设润滑冷却系统电动机在海拔1000m时的绕组温升达到60℃，绕组最高温度达到110℃。我们将电机表面的极薄一层空气作为交换介质，依据文献[1]的冷却风量估算公式，开启式电机散热空气的温升与绕组的温升的关系为：Δt=0.25Δts……………(2)Δt:换热空气温升；Δts:电机绕组平均温升限值。海拔1000m时电机表面换热空气温升为15℃，则在4000m时的换热空气温升为20.7℃，并反推知在海拔4000m时电机绕组温升82.8℃，绕组的...