并網狀態下發電機溫度測量值波動解決方法探究

仝世偉，祝令帥

（1.許昌許繼風電科技有限公司，河南 許昌 461000; 2.江蘇中車電機有限公司，湖南 株洲 412001)

并網狀態下發電機溫度測量值波動解決方法探究

仝世偉1，祝令帥2

（1.許昌許繼風電科技有限公司，河南 許昌 461000; 2.江蘇中車電機有限公司，湖南 株洲 412001)

某風場中有多臺風力發電機在并網后，所測三相繞組、軸承的溫度在控制面板中的輸出值產生了較大波動。通過對相應位置進行檢測、分析，確定溫度波動是由于并網后產生電磁干擾的影響。在 PLC程序模塊中添加了一個濾波函數，對采集的溫度數據進行了處理，得到了較為穩定的溫度值輸出。

風力發電機；并網；溫度；波動；PLC；濾波函數

風力發電以其無污染和可再生性，日益受到人們的重視，近年來得到了很大的發展。目前并網型風力發電技術主要有雙饋異步、永磁直驅、普通異步等三種技術。其中，雙饋異步由于體積小、重量輕、配套變頻器容量小、電能質量高等特點，已經成為目前風電場中的的主力機型之一，有著廣闊的應用前景。

風力發電系統在運行過程中，要對各個主要部件的運行狀態進行實時監控，以保證機組的運行性能和使用壽命。機組在運行時，需要對發電機的關鍵發熱部位進行溫度監測，一旦達到限制值，控制系統需要發出報警信號以進行降功率運行，甚至停機。控制系統做出相應的保護動作，從而可以保護機組的使用壽命。

本文針對某風場中發電機測溫系統的故障進行了檢測與分析，在 PLC程序模塊上進行了優化，最終消除了故障。

1 發電機溫度檢測處理系統

某風場中風電機組對發電機U相繞組、V相繞組、W相繞組、驅動端軸承、非驅動端軸承實時溫度的監測，是分別在發電機內部相應部件的最熱位置處安裝了兩套熱敏電阻元件。其中一套通過接線端子盒連接至監測系統，另外一套僅引至接線端子盒作為備用測試點。將所用元件從接線端子盒內端子排相應位置引出接至機艙柜中，與 PLC模塊輸入端口相連接。通過 PLC溫度采集模塊，將所測熱敏電阻元件的電阻值轉換為溫度值，經過 A/D轉換，將數據傳輸給 CPU模塊，進行數據處理分析。CPU接收到溫度數據后，對數據進行分析。一旦溫度值等于或大于程序中設置的限制值，CPU將對相關部件做出相應的動作指令，以使機組進行降功率運行或者停機。最后，在控制柜的控制面板中顯示出測溫元件的實時溫度值。

圖1 為風電機組發電機溫度監測處理系統簡圖。

圖1 風電機組發電機溫度監測處理系統簡圖

2 并網后發電機溫度測量值波動問題的檢測與分析

該風場多臺風機并網后，所監測到的機組電氣參數均正常，整個機組以及發電機的振動情況也在要求范圍之內。但在控制柜的控制面板中所顯示的三相繞組溫度或軸承溫度出現了較大的波動：1臺發電機的軸承溫度波動約在 4℃ /2s，2臺發電機的繞組溫度波動約在 10℃ /2s。這樣在溫度值接近報警值時會因為PLC模塊輸出溫度值的波動而導致系統頻繁發出故障報警，降低機組的運行效率，同時也不便于工作人員對系統的運行狀態進行判斷。在此故障中，溫度波動的一大特點是并網前不波動，并網后即產生波動。因此，可以分析是機組在并網后的運行狀態影響了發電機的測溫系統。據此，可以從并網后機組產生的振動對測溫系統的影響，以及并網后產生的電磁干擾對測溫系統的影響來進行檢測、分析。

2.1 并網后機組振動對測溫系統的影響

在機組并網前后，分別對測溫元件、接線盒內的端子排、PLC模塊這三部分及連接的線纜分段進行了檢查。通過對測溫元件的安裝及其連接線纜分別進行檢查。確定了在并網前后各個位置的固定、連接狀態均沒有變化。據此，機組因為并網而產生的振動對測溫系統的影響比較小，進而溫度值由此產生波動的原因可以排除。

2.2 并網后機組電磁干擾對測溫系統的影響

在并網前后分別對連接線纜的屏蔽層進行檢測。測量線纜屏蔽層對地電阻為 0Ω，接地良好。發電機測溫元件共有兩套，且均接至接線端子盒內的端子排上。并網后在接線端子盒內對備用的一套測溫元件進行了檢測，使用工具 Fluke179歐姆檔進行電阻測量，所測電阻值穩定，上下浮動小于 0.1Ω/5s。然后再將該套測溫元件替換原有測溫元件接至 PLC模塊，并網運行后，控制面板上的監測溫度值依舊波動較大。在上述對測溫元件的電阻值測量時，所使用的工具Fluke179，對頻率的響應范圍有限，一旦有高頻諧波電流通過時，并無法準確測量其真實值。另外，機組在并網前溫度值并沒有波動，在并網后即開始波動。因此，可以考慮為測溫元件中受到并網后的電磁干擾而產生了諧波電流，從而影響了輸出至 PLC模塊的數值，但該影響不能在響應頻率有限的 Fluke179中檢測并反饋。

2.3 檢測結果分析

通過以上檢查、分析，可以得出結論：

（1）測溫元件的安裝牢固、完好，溫度值波動不是因其安裝而產生的。

（2）接線線纜屏蔽層接地良好，在線纜敷設過程中受到電磁干擾的可能性很小。

（3）機組并網后產生較強的諧波磁場，測溫元件工作時受其影響，從而導致所監測的溫度值產生了波動。

3 優化方案與結果

綜上所述，所監測到的溫度數值波動的原因為：在風機并網后產生的諧波磁場對測溫系統產生了干擾，而 PLC模塊中現有的濾波函數不能對其進行有效的過濾。基于以上結論，通過在PLC模塊中再添加濾波函數，采集到由發電機傳來的數據后，對測溫系統中的諧波進行處理，之后得到較為穩定的數值提供給 CPU，CPU接收到溫度數據后進行分析，做出報警、停機判斷，并發出相應的控制指令。結果均在控制面板上顯示。經過以上處理，機組再并網后發電機溫度值基本不波動，波動值不大于 1℃ /2s。其中一臺機組該問題處理前后的監控截圖如圖2、圖3所示。

圖2 某臺風機發電機并網前后溫度值曲線

圖3 某臺風機發電機并網后溫度值曲線

4 結語

本文對某風場中風電機組并網后發電機溫度測量值波動問題進行了檢測、分析。確定測溫系統受到并網后機組產生的諧波磁場干擾，從而使所測量溫度值產生了波動。并相應提出了解決方案，即在 PLC模塊中增加濾波函數。經過實踐，在風力發電機并網運行后，問題得以解決。這為風電用發電機溫度監測方案的選擇提供了案例參考，也對風力發電機溫度測量時的問題處理以及進一步的理論研究具有重要的參考價值。

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