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1、引言
双馈异步发电机是风力发电系统目前广泛采用的形式之一。双馈异步发电机因轴电流影响，使发电机轴承出现大批量更换的情况。轴承损坏后，发电机就开始有比较明显的振动，如果轴承更换不及时将会造成轴承温度高等故障影响机组出力，严重可能导致发电机损坏。
2、共模电压的产生
由于变频器内IGBT的开关频率可达3kHz，采用PWM的调制方式时，会在转子中性点产生高频率的共模电压，共模电压会通过电机寄生电容形成的共模通路在电机转轴上感应出轴电压，再传导至轴承的内圈，轴电压达到一定程度后能够击穿油膜传导至轴承外圈，外圈通过机座与地形成回路，产生轴电流。轴电流对风电机组轴承损坏极大，极易导致润滑油脂失效并在轴承轨道上形成麻点甚至搓板纹，进而使轴承损坏，这是风力发电机组轴承损坏的主要原因之一。
3、轴电压、轴电流分析
发电机的轴电压实质上是发电机组的共模电压通过发电机的寄生电容耦合产生的。此时，轴电压加在发电机轴承滚子与轴承内外圈的寄生电容上。当电势差超过润滑膜击穿电压时，轴承以火花的方式进行放电。由于放电作用，电流在没有金属接触的区域以火花的形式形成传导通道。直到局部电场强度太小时放电停止，而储藏在电容里的能量也会被消耗掉。这种击穿放电会在轴承滚道表面的金属面上产生极高的电流密度，瞬间产生极高的热量，足够将放电点的金属熔化，形成电蚀，降低了滚道面的光洁度。随着放电作用的不断积累，轴承上逐渐出现肉眼可见的搓板状纹路，滚道表面粗糙不堪，使轴承的磨损及振动加大，最终导致轴承彻底损坏。
4、轴电流的抑制措施
当前对于轴电流抑制的主要措施有：（1）安装接地碳刷；（2）使用绝缘轴承；（3）使用绝缘端盖；（4）断开箱式变压器低压侧中性点；（5）其它方式，如加装共模抑制器、共模电容等。
4.1 安装接地碳刷
接地碳刷的作用是将轴电流通过碳刷引导进入大地，减少流过轴承的轴电流，可缓解轴电流对轴承产生电蚀。一般接地碳刷的安装主要有三种形式：
①发电机非驱动端只有一个接地碳刷，由于一个接地碳刷导流性较弱，且在风电机组运行过程中可能因为振动使接地碳刷与轴接触不实，使油膜间电压急剧增加，油膜迅速被击穿损坏，轴电流迅速增加。为改进发电机转子轴的接地效果，在发电机非驱动端或驱动端再增加一个接地碳刷。
②在发电机非驱动端安装两个接地碳刷，相比原来非驱动端只有一个接地碳刷的方式又多了一条支路，分母变大，从而轴电压 减小，使得加在轴承两端的电压更小，这样可有效缓解轴承产生电蚀。
③在发电机驱动端和非驱动端都安装接地碳刷，与在非驱动加两个接地碳刷原理类似，能起到降低轴电压的作用。但从就近原则考虑，在驱动端增加接地碳刷，能有效缓解轴电流对轴承的损坏。
从上面三种情况分析可以看出，增加接地碳刷可有效降低轴电压，从而减小流过轴承的电流，达到保护轴承的目的。
根据实际运行效果，原来只在非驱动端有一个接地碳刷，轴承因轴电流损坏率偏高；通过技改在非驱动端再增加一个接地碳刷，轴承因轴电流损坏率降低；发电机在非驱动端和驱动端各装了一个接地碳刷，根据实际运行情况来看，有效缓解了轴电流导致的轴承损坏。
4.2 使用绝缘轴承
绝缘轴承的原理是采用等离子喷涂技术，在轴承内圈或外圈上喷涂一定厚度的陶瓷绝缘涂层。特殊的喷涂工艺可形成一层厚度均匀、粘附力极强的均匀涂层，再经过进一步处理，使其能不受湿气和湿度的影响。绝缘涂层的材料一般采用氧化铝，相当于在轴承与轴（轴承内圈涂层）或轴承与端盖（轴承外圈涂层）之间增加一个绝缘间隙。由于绝缘涂层太薄，涂层厚度约为200 。这个间隙的电容值约在
抗值小几倍，根据串联分压原理，轴承内圈涂层在一定程度上只分得了一小部分轴电压，因此只能在一定程度上抑制轴电流。
4.3 使用绝缘端盖
采用绝缘端盖技术，相当于在轴承外圈与端盖之间增加一个明显的绝缘间隙。这样轴承外圈与端盖之间的等效电容很小，容抗很大，轴电压大部分施加在电容上，大大减小了轴承滚子与轴承内外圈油膜间隙的电压幅值，降低了轴电流，进而保护了轴承。
绝缘端盖主要采用以下三种形式：
4.3.1 采用绝缘纸材料的绝缘端盖，采用黄金纸材料，作为端盖与轴承室之间的绝缘。黄金纸的厚度约为0.125*3mm，由于其厚度较薄，其容抗值比轴承润滑膜的容抗值小，在串联分压中分得的轴电压比较少，因此对轴电流的削弱效果不明显。
4.3.2 采用特氟龙材料的绝缘套
绝缘套采用特氟龙材料，作为端盖与轴承室之间的绝缘。 特氟龙材料厚度约为4-5mm，其电容值 数量级为几十至一百 ，与无纬带相比，其容抗值比轴承润滑膜的容抗值更大，在串联分压中可以分得更多的轴电压，轴承润滑膜两端的电压幅值更小，产生的轴电流也大大减小。
表1
目前多数使用这种材料的绝缘端盖，能减轻轴电流的影响，但是由于油路设计问题，轴承高温缺陷频发，因此日常运行中应加强轴承的维护与监控工作。
4.3.3 采用SMC复合材料的绝缘端盖
绝缘盖采用SMC复合材料，作为端盖与轴承室之间的绝缘。SMC复合材料厚度约3cm，比采用特氟龙材料的绝缘套厚几倍，其电容值 较采用特氟龙材料的绝缘套小几倍，约为十几 。同理，其容抗值比轴承润滑膜的容抗值更大，在串联分压中可以分得更多的轴电压，轴承润滑膜两端的电压幅值更小，产生的轴电流也大大减小。
4.4 断开箱变低压侧中性点
箱变低压侧中性点接地线是形成轴电流流通回路的关键环节，如果箱变低压侧的中性点不接地，箱变低压侧中性点对地存在较大容抗，这样就可以有效抑制轴电流。
如果箱变低压侧的中性点不接地，如发生单相接地故障，中性点电压升高至相电压，这种情况下对箱变低压侧中性点的绝缘性能要求将提高。
4.5 其他方式
抑制轴电流的方法还可以通过采取加装共模抑制器、共模电容等其他方式，从现场实际运行情况来看，效果并不明显。
5、总结
综合以上分析，从理论分析与实际效果方面对双馈风力发电机组轴电流的抑制措施总结如表1。
双馈异步发电机PWM调制产生的高频共模电压始终会经分布电容和电感，经机壳与箱变中性点形成回路，这是无法消除的，只能通过技术手段将其削弱，需要对其进行综合治理。
参考文献
[1]Zika Thomas，Buschbeck Frank，Preisinger Gerwin，Martin Groschl.风力发电机中轴承的过电流问题.电机与控制应用，2008,35(9)，15-19.