2.5MW風力發電機震動問題探討

楊兵兵

（華潤固本風電場，遼寧　阜新　123000）

2.5MW風力發電機震動問題探討

楊兵兵

（華潤固本風電場，遼寧阜新123000）

摘要：新疆某2.5MW機組在調試完成后運行一段時間發現機組有震動現象，震動同時機組報出故障，通過故障現象分析主控和變流故障文件，對故障點逐步排查，最后找出引起此故障的原因，并對故障原因和相關故障做深入分析。

關鍵詞：扭矩比較；震動；DUSB25排線

1　機組配置

106/2500kw變槳變流高瀾水冷

2　故障描述

新疆某2.5MW機組進行動態調試工作，調試完成后啟動風機，機組并網正常，未報出任何故障，運行一段時間后，在中控的故障歷史中發現機組不定期報出機艙加速度超限故障，和扭矩比較故障，但業主通過中控遠程將故障復位，現場人員發現后立即去機組觀察現象，發現機組在運行過程中有震動現象，在機組觀察時發現震動是由于扭矩突然跳變導致的，震動的同時會報出扭矩比較故障，不論功率大小（500KW-2000KW不定），還是運行時間的長短，故障會不定時的報出（最短時間20分鐘左右，最長時間3～4個小時左右），同時伴隨著機組震動，震動時，感覺發電機有間歇下墜狀態，機組運行穩定性比較差。

3　處理過程

當機組發生震動時，首先排查的是機組的機械問題，塔筒力矩是否打好，震動是不是由偏航引起的，葉片零刻度是否對好，等等。現場人員逐一對以上機組內的機械原因可能導致的機組震動進行排查，確認上述沒有任何問題。在排除了機械問題后，根據故障現象，現場人員把故障點縮小在了變流器主柜的機側模塊和相關控制器件上面，通過機組震動時的故障文件可以分析出震動是由于主柜機側反饋的扭矩突然跳變導致的，這剛好符合現場人員確定的故障范圍，由于在故障范圍內的機側的相關硬件較多，所以現場人員采用分步式方法進行逐一排除。首先對機側的控制器cpu板進行測試，方法是將主柜和從柜的機側cpu板進行對換，通過測試cpu，在測試過程中，機組同樣報出扭矩比較故障，查看主控故障文件，發現還是主柜機側的扭矩異常，此時可以排除是cpu的問題。隨后現場人員將測試的重點目標放在了機側功率模塊上，自主變流的功率模塊分左模塊和右模塊，在小功率條件下通過更改驅動板上的DUSB25接線可以實現單模塊運行，如果是其中的一個模塊有問題，就可以通過排除法找出故障點。隨即進行單模塊的運行測試，首先是左模塊測試，在開始測試時（200kw），沒有發現異常，當功率升到300kw左右時運行15分鐘后，明顯感覺到機組震動，機組馬上報出扭矩比較故障，故障現象和開始時一樣也是變流器主柜的扭矩出現了較大幅度的波動。

隨后對右模塊進行單模塊運行測試，機組在1000KW以下穩定運行了12個小時，沒有報出任何故障，所以判斷問題集中在左模塊及其連接的硬件上，和左模塊有關系的有功率模塊本體、驅動板、控制板、DUSB25排線，第一次測試時已經將控制板排除，這樣就把故障點就縮小在剩下3個器件上面，由于功率模塊本體更換難度較大，所以現場人員決定首先排除驅動板和DUSB25排線。首先對DUSB排線進行測試，現場人員將DUSB25排線直接從左功率模塊置換到右功率模塊，右模塊單獨運行進行測試，機組功率在300kw時運行了20分鐘左右，扭矩比較故障報出，機組出現同樣的震動，通過變流后臺軟件的錄播數據來看，發現主柜機側扭矩出現波動。

之前對右模塊單獨運行測試時，機組可以穩定運行12小時，未報出故障，將左模塊的DUSB25排線更換到右模塊后，右模塊單獨運行20分鐘左右報出故障，此時可以判斷，機組震動和DUSB25排線有直接關系。現場人員將DUSB25排線更換后，風機穩定運行，未報出同樣的故障，至此可以判斷機組由于變流器主柜機側扭矩較大幅度的跳變導致的機組震動是因為機側模塊驅動板和控制板之間通訊的DUSB25排線引起的。

4　結論

在更換了DUSB25排線后，機組在大小功率下穩定運行一周的時間，未報出任何故障，由此可以判斷是變流主柜2U3控制器和驅動板連接的DUSB25排線有異常，造成機側電流、驅動等信號傳輸不穩定而導致的機組震動。

5　原因分析

2.5MW自助變流器控制系統對機側和網側功率模塊進行分布式控制，通過SAD板（并連扳）可以實現多個模塊的并聯，SAD板再通過DUSB25排線將信號傳給控制器（cpu），同時將控制器發出的控制信號傳給功率模塊

控制器是自主變流器的核心裝置之一，在實現將風能轉換為電能并輸送到電網上的過程中發揮著重要作用。控制器實現的主要功能有：將發電機發出的變頻變壓的交流電轉換為恒定的直流；將直流轉換為和電網同頻同幅值的交流電輸送到電網上；對一次系統的發電機輸出短路/過流、逆變器輸出短路/過流/過壓等做適當的保護；與外部設備如風機控制系統等進行信息交互等。通俗來說，控制器的作用就是接收輸入信號，輸出控制和保護信號。輸入信號分為模擬信號和數字信號：模擬信號包括三相電壓信號、溫度傳感器PT100信號、英飛凌模塊輸出的三相電流信號、直流母排電壓信號、IGBT節點溫度信號；數字信號包括外部斷路器狀態、熔斷器輔助節點信號、英飛凌模塊輸出的故障狀態信號。輸出信號包括繼電器開關節點信號、控制英飛凌功率模塊的PWM調制信號。

通過上述對變流器控制系統的介紹，再根據項目某機組的故障現象，可以判斷是機側控制器通過SAD板給機側模塊輸出控制信號時，信號在傳輸過程中發生跳變而導致機組的震動。但是整個回路所有器件的損壞都有可能導致信號跳變，在排除故障過程中通過排除法最后確定是控制器和SAD板連接的DUSB25排線的問題導致扭矩信號的跳變而導致機組震動，更換后故障消除。

6　經驗總結

通過此次故障，尤其是機組扭矩比較故障和機組震動，首先要把這2個問題分別來分析，查看這兩個問題是否有共性，是否在同樣的條件下，會同時的出現，確定是一個問題還是兩個問題，確定之后再通過現象和故障文件進行分析，這樣有助于判斷故障點，提高處理故障的效率。如果是在小功率段，機組震動，且扭矩是個秒級內的跳動，那么重點查看機側功率模塊及其附件是否有問題了，小功率下可通過單模塊單獨運行可以進行測試，有條件的現場可以采取示波器的儀器來更深度的檢查。

新疆地區2.5MW機組較多，尤其是自助變流以后會大批量使用，在批量化生產和長途運輸的情況下很難保障到現場的元器件不會出問題，希望機組震動問題的處理過程，能給后面的2.5MW自主變流的項目提供一個參考，在遇到同類型的問題時有個思路上的幫助。