風力發電機組三相電流不平衡故障分析

苗寶平，楊 博

（中廣核新能源控股有限公司內蒙古分公司，內蒙古 呼和浩特 010000）

風力發電機組三相電流不平衡故障分析

苗寶平，楊 博

（中廣核新能源控股有限公司內蒙古分公司，內蒙古 呼和浩特 010000）

中廣核蘇尼特右旗風電場多臺風力發電機機組頻繁出現三相電流不平衡故障，通過對故障的分析和排查故障點過程的詳細說明希望可以給其他風電場進行參考。

風力發電機；發電機；三相電流；不平衡

1 背景說明

中廣核蘇尼特右旗風電場使用50臺北重FD80-2000型風力發電機組，2009年投產，在最近的幾個月時間內多臺風機出現三相電流不平衡報警問題，導致頻繁停機；經過調去后臺數據分析后，該故障多發生在低風速階段，也有個別風機在高風速階段也出現不平衡。當發生三相電流不平衡是會給機組、箱變、電網帶來極大的危害。

2 三相電流不平衡懂的危害

（1）可能造成燒斷線路、燒毀開關設備的嚴重后果：不平衡時重負荷相電流過大（增為3倍），超載過多。由于發熱量Q＝0.24I2Rt，電流增為3倍，則發熱量增為9倍，可能造成該相導線溫度直線上升，以致燒斷。且由于中性線導線截面一般應是相線截面的50%，但在選擇時，有的往往偏小，加上接頭質量不好，使導線電阻增大。中性線燒斷的幾率更高。在配電屏上，造成開關重負荷相燒壞、接觸器重負荷相燒壞，因而整機損壞等嚴重后果。

（2）在三相負荷不平衡運行下的變壓器，必然會產生零序電流，而變壓器內部零序電流的存在，會在鐵芯中產生零序磁通，這些零序磁通就會在變壓器的油箱壁或其他金屬構件中構成回路。但配電變壓器設計時不考慮這些金屬構件為導磁部件，則由此引起的磁滯和渦流損耗使這些部件發熱，致使變壓器局部金屬件溫度異常升高，嚴重時將導致變壓器運行事故。

（3）增加高壓線路跳閘次數、降低開關設備使用壽命：我們知道高壓線路過流故障占相當比例，其原因是電流過大。低壓電網三相負荷不平衡可能引起高壓某相電流過大，從而引起高壓線路過流跳閘停電，引發大面積停電事故，同時變電站的開關設備頻繁跳閘將降低使用壽命。

3 三相電流不平衡可能的原因

（1）計量出錯的排除。三相電流的計量通過三個CT（2500A/5A），穿入woodward計量模塊，然后通過CANBus協議傳給風機主控，由主控對三相電流進行比較判斷，當三相偏差超過預設值（95A）時，故障報警，停機，在這部分，可能的故障點是woodward模塊和CT。排除的方法是使用大電流的鉗型電流表（或者電網分析儀）對電流值進行測量，并將結果與風機控制系統顯示值對比，是否存在誤差，如果存在誤差，則首先更換Woodward模塊，再對比。如果依然存在偏差，則判斷CT不準確的可能性大。檢查電流互感器時還要注意變頻系統控制邏輯，北重FD80-2000型機組定子側電流互感器為兩相安裝測量，另一相通過變頻系統本身根據安裝電流互感器的兩相采集數據進行第三相電流計算，如果兩個電流互感器其中一個測量不精確后會導致三相電流均出現偏差。

（2）回路中出現負載不平衡（不少于15個可能源頭）》根據圖紙進行逐一排查，風力發電機組的發電回路一般會比較長，由于回路中設計元件較多首先檢查諧波濾波回路，當風力發電機組運行啟動時變頻器進行充電、勵磁時諧波濾波回路接觸器便會動作，而機組遇到低風速時便會頻繁脫網并網，導致諧波濾波回路接觸器頻繁動作損壞概率變大。檢查濾波濾波接觸器，查看觸頭發現灼傷現象嚴重，分析由于使用時間久，動作頻繁，導致觸頭吸合不牢靠，其中一相或者兩相接觸不牢靠，無法正常濾波會出現電流偏高，成為影響三相電流不平衡原因之一。檢查定子并網接觸器和并網斷路器回路觸點接觸電阻，使用直流電橋，檢查并網斷路器的接觸電（手動儲能與合閘），并網斷路器內動靜觸頭 同樣頻繁動作，使用到達壽命后機械機構還可以正常工作，而觸頭損壞嚴重時接觸不良也會導致某相接觸不良，接觸電阻增高，成為影響三相電流不平衡原因。

圖1 發電機測試儀ALLTest檢查

圖2 發電機直流電阻相間阻值

檢查變頻柜的加熱與預充電回路的電阻平衡性和開關觸點：在E010Q3的下口2、4、6和K016K3上口之間測量預充電電阻的平衡性；在E010Q3的2、4、6和K116K3之間的電阻平衡性，測量加熱電阻的平衡性；檢查接觸器K016K3和K116K3觸點的可靠性變頻器發電機側Du/dt濾波器的RC回路檢查在converteam變頻器的機側，在變頻電流進入發電機之前，并入了一組RC濾波器，檢查該部分RC濾波器的平衡性。檢查發電機定、轉子接線盒內的接線端子力矩的均勻性；檢查發電機定轉子直流電阻值的平衡性；檢查發電機轉子滑環碳刷的磨損情況、碳刷的一致性。如圖1、圖2所示。

諧波濾波器的檢查，測量電容的平衡性：大電容的容值為496uF左右，小電容的容值在20左右；和小電容連接的電阻值是32KΩ；3組大電容和3組小電容，當某一組電容損壞后無法正常工作。

當風力發電機組內部所有可能導致三相電流不平衡產生的原件檢查完畢后，需要對箱變進行檢查，主要檢查低壓測斷路器動靜觸頭接觸電阻，高壓測繞組相見電阻。

4 結語

工欲善其事必先利其器為了故障的排查，工具的必須完備。需要配備一下工具：萬用表Fluke179或者類似產品，可以測量電容，電阻等；直流電橋：QJ84直流電橋，用于測量精密電阻；建議配備發電機測試儀ALLTest IV Pro或者類似產品，用于檢查發電機的健康狀態。風力發電機組發生三相電流不平衡后會帶來比較嚴重的后果，所以在檢查中應該細致從圖紙中分析每一個元器件。一般小電阻電容的會被忽視，因為小電阻電容損壞后對整機電流影響比較微弱，但長時間不健康運行會損壞其他元器件，在日常運行中需要多觀察數據情況，機組例行巡檢時也應多測量易損元器件，降低故障發生幾率。

[1]何顯富.風力機設計、制造與運行[M].北京.化學工業出版社，2009.

[2]廖明夫.風力發電技術[M].西安：西北工業大學出版社，2009.

苗寶平（1982-），男，內蒙古人，大學本科，工程師，主要研究方向：自動化。