風(fēng)電機(jī)組發(fā)電機(jī)繞組端溫度高故障分析及處理

文 | 張新旺

風(fēng)電機(jī)組發(fā)電機(jī)繞組端溫度高故障分析及處理

文 | 張新旺

機(jī)組電控系統(tǒng)或測量儀器采集信號時，可能受到各種干擾而產(chǎn)生誤差。這種誤差輕則使測量準(zhǔn)確度降低，重則使測量結(jié)果失去意義。當(dāng)受干擾的信號用于控制和保護(hù)機(jī)組系統(tǒng)時，可能導(dǎo)致誤報(bào)故障或誤動作，甚至造成重大事故的發(fā)生。發(fā)電機(jī)自身就是一個交變的強(qiáng)電磁場，它產(chǎn)生的干擾屬于人為噪聲，在物理空間內(nèi)影響范圍較大。用于發(fā)電機(jī)繞組溫度測量的電子元件和設(shè)備，由于置身于強(qiáng)電磁場中，必將受到極強(qiáng)的電磁干擾，或者由于接線工藝不規(guī)范，也有可能受到電磁干擾。

一臺功率為3.0MW機(jī)組，發(fā)電機(jī)繞組溫度測量系統(tǒng)如圖1所示，定子采用了6套Pt100溫度傳感器測量繞組溫度（另有6套傳感器為備用），然后通過信號電纜傳送至發(fā)電機(jī)旁邊的機(jī)艙柜內(nèi)的巴赫曼PLC，最后經(jīng)PLC處理發(fā)送至就地控制面板和中央監(jiān)控后臺。

故障現(xiàn)象描述

22#機(jī)運(yùn)行時，通過就地控制面板或中央監(jiān)控可以明顯地看出發(fā)電機(jī)繞組溫度值波動較大，特別是1V相溫度波動非常大（70℃－135℃之間跳變），而且從中央監(jiān)控的瞬態(tài)數(shù)據(jù)中也可以明顯地看出發(fā)電機(jī)繞組溫度跳變幅值和變化頻率較大，其生成的曲線不平滑，迭加有高次諧波，并有隨機(jī)粗大干擾信號，如圖2所示。

但是，22#機(jī)處于停機(jī)或待機(jī)時，面板顯示的發(fā)電機(jī)繞組溫度值基本無變化、比較穩(wěn)定。只要機(jī)組并網(wǎng)，發(fā)電機(jī)繞組溫度值就連續(xù)波動，并且主干擾波隨著發(fā)電機(jī)負(fù)荷的增加，其幅值也增大。查看故障文件，可知這臺發(fā)電機(jī)繞組的溫度最大值已超過故障報(bào)警值。

故障分析

當(dāng)環(huán)境溫度稍高（大于20℃）和并網(wǎng)負(fù)荷較大時，22#機(jī)報(bào)發(fā)電機(jī)繞組溫度高故障，查看故障手冊故障值為120℃。 這臺發(fā)電機(jī)無法與其他機(jī)組對比分析繞組溫度，因?yàn)樵擄L(fēng)電場這臺機(jī)組的發(fā)電機(jī)與其他機(jī)組的發(fā)電機(jī)不相同。

分析繞組溫度值波動大的原因：6個傳感器同時損壞的概率很小，所以先判斷發(fā)電機(jī)溫度采集模塊PLC是否正常；如果模塊正常，那么可以斷定故障原因是電磁干擾造成的，須查出受干擾的部位。從機(jī)組裝配方面分析，機(jī)組無論是總裝廠電氣接線還是現(xiàn)場電氣接線，都可能存在一些問題，如接入機(jī)艙控制柜的各種電纜和信號線的工藝較差，特別是現(xiàn)場安裝單位接線很不規(guī)范，以至于機(jī)艙柜和底板下方布線混亂，這對模擬信號傳輸造成很大的影響，

如圖3所示；或者設(shè)計(jì)方面電纜選型不合理，造成信號傳輸中受到嚴(yán)重的干擾。

由經(jīng)驗(yàn)可知，如果信號電纜（線）使用不合理、不正確，那么其屏蔽層起不到抗干擾的能力。發(fā)電機(jī)的強(qiáng)電磁場對測溫傳感器的金屬測溫探頭及導(dǎo)線在強(qiáng)電磁場下將產(chǎn)生相當(dāng)大的感應(yīng)電流，其在傳感器輸入回路上產(chǎn)生的壓降與有用信號疊加一并送入后面的測量電路，直接成為干擾信號，使溫度示值產(chǎn)生很大誤差或者根本無法進(jìn)行穩(wěn)定的溫度測量。同時，感應(yīng)電流在探頭及導(dǎo)線上將產(chǎn)生歐姆熱，使其自身溫度升高，將會產(chǎn)生很大的熱誤差。

故障處理方案

對故障數(shù)據(jù)分析，可知溫度跳變的可能原因是采集信號受電磁干擾造成，干擾信號是發(fā)電機(jī)內(nèi)部電磁場和外部干擾共同引起（如機(jī)艙變壓器和動力電纜），如果干擾源主要來自發(fā)電機(jī)內(nèi)部電磁場，那么可能需要設(shè)計(jì)和制造一套濾波器，用以消除發(fā)電機(jī)內(nèi)部的干擾；如果主要干擾源來自發(fā)電機(jī)外部，那么需要重新布線或更換信號電纜。排查順序?yàn)椋?/p>

（1）先用萬用表測量傳感器的阻值是否正常，以初步判斷溫度傳感器是否正常。參照經(jīng)驗(yàn)公式：

其中：Y為計(jì)算阻值，單位為Ω；X為當(dāng)前溫度，單位為℃。計(jì)算當(dāng)前溫度下的Pt100 的阻值，如阻值偏差超過1Ω則需更換傳感器。

（2）與其他正常的溫度傳感器倒換模塊通道以判斷PLC是否正常。

（3）檢查信號接地是否正常，以排查受電磁干擾的部位。

（4）重新敷設(shè)發(fā)電機(jī)溫度傳感器接線盒至機(jī)艙控制柜的溫度傳感器信號電纜。

故障處理過程

在機(jī)艙控制內(nèi)的溫度采集模塊上，將環(huán)境溫度傳感器信號線與任一相發(fā)電機(jī)繞組溫度傳感器的信號線（如1V相）對換通道，觀察機(jī)組在停機(jī)和并網(wǎng)時就地面板顯示的環(huán)境溫度和1V相繞組溫度值。試驗(yàn)結(jié)果是：環(huán)境溫度值波動較大，1V相繞組溫度值正常，這就說明PLC模塊是正常的，并用萬用表測得發(fā)電機(jī)繞組溫度傳感器的阻值也是正常的，所以故障原因可確定為發(fā)電機(jī)溫度信號受到了電磁干擾。

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，從發(fā)電機(jī)溫度傳感器接線盒至機(jī)艙控制柜的溫度信號電纜兩端屏蔽層都未接地，并且走線不規(guī)范。因此，

將電纜兩端屏蔽層剝出并按照工藝要求接地，一端接至機(jī)艙柜接地銅排，另一端接至發(fā)電機(jī)溫度傳感器接線盒內(nèi)的接地端子處，并且重新布置溫度信號電纜走線。啟機(jī)并網(wǎng)觀察數(shù)據(jù)，發(fā)電機(jī)繞組溫度值仍然存在較大的波動，問題未解決。

模擬量信號采集和傳輸受電磁干擾是多方面因素造成的，應(yīng)按照一定的順序一步一步排查。再仔細(xì)檢查發(fā)電機(jī)溫度傳感器接線盒，用萬用表測得接線盒內(nèi)的接地端子與任何接地都是不導(dǎo)通的，即接地端子與導(dǎo)軌未接通，如圖4所示。按技術(shù)規(guī)范，將接線端子排的接地端子與其導(dǎo)軌接通。啟機(jī)并網(wǎng)觀察數(shù)據(jù)，發(fā)電機(jī)繞組溫度值仍然存在較大的跳變，問題還是沒有解決。

最后，拆除發(fā)電機(jī)溫度傳感器接線盒至機(jī)艙控制柜的這段信號電纜，將事先準(zhǔn)備好的若干米長的多芯信號（屏蔽）電纜接至二者之間。通過更換信號電纜，可以將干擾范圍縮小至發(fā)電機(jī)。啟機(jī)并網(wǎng)觀察發(fā)電機(jī)繞組溫度數(shù)據(jù)：面板顯示除2V相之外其余繞組溫度跳變幅值和頻率都很小，溫度傳感器受干擾的問題基本解決了，但2V相的溫度值仍然劇烈跳變；再將2V相溫度傳感器出線接至備用溫度傳感器。啟機(jī)并網(wǎng)，發(fā)電機(jī)繞組溫度值無跳變，完全滿足發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的要求，如圖5所示。由此可知，2V相溫度傳感器存在測量誤差大的原因很可能是溫度傳感器在發(fā)電機(jī)內(nèi)部存在安裝問題，或傳感器本體存在問題。

結(jié)論

這臺機(jī)組的發(fā)電機(jī)繞組溫度信號電纜屏蔽性能差以及未良好接地，在機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行時發(fā)電機(jī)和外部環(huán)境產(chǎn)生很大的交變電磁場，這對繞組溫度測量和信號傳輸產(chǎn)生較大的干擾，或者在電機(jī)內(nèi)部溫度傳感器安裝不合理，如預(yù)埋位置或布線，也將使溫度傳感器信號受到很大的電磁耦合，這都是造成發(fā)電機(jī)溫度傳感器測溫不準(zhǔn)確的原因。由這個故障處理可知，處理模擬量信號采集和傳輸失真的問題，應(yīng)考慮受電磁干擾原因，逐步縮小受干擾范圍，最終找到干擾源；對干擾信號進(jìn)行測試，是分析干擾的前提。防電磁干擾主要有四項(xiàng)措施，即屏蔽、濾波、布線和接地。

（作者單位：新疆金風(fēng)科技股份有限公司）