關于某風電場風機變流器故障處理分析

宋海平

摘 要：隨著近些年來我國科學技術的不斷進步和城市發展的迫切需要，對于電能的需求與日俱增，傳統的化石能源所提供的電能已經無法滿足城市發展需要，而且對于化石能源所提供的電能所造成的環境污染問題，也始終沒有得到較好的解決。在這樣的現實情況下，近幾年來我國結合相應技術大力發展風電，在我國多個省份，已經有大規模的風電網絡投產。雖然近幾年來我國大幅度提升了對風能發電的研究力度，但事實上我國進行風電實踐的時間并不短，最早一批投入生產的風電場，在目前已經臨近質保期，各大業主在日常運營過程中，需要面對風電場機組出現質保問題，以及后期進行相應維護改造升級的情況。文章會從實際出發，列舉某一實際案例，幫助讀者更好的了解風電機組變電器故障的類型、原因分析、后續的解決方案。

關鍵詞：風電機組；變流器；升級

中圖分類號：TM614 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）35-0129-02

Abstract： With the continuous progress of science and technology and the urgent need of urban development in recent years， the demand for electric energy is increasing day by day. The traditional fossil energy has been unable to meet the needs of urban development. Moreover， the environmental pollution problem caused by the electricity provided by fossil energy has not been solved. In such a reality， in recent years， our country combined with the corresponding technology to develop wind power vigorously， in many provinces of our country， large-scale wind power network has been put into production. Although in recent years， China has greatly enhanced the research on wind power generation， but in fact， the practice of wind power in China is not a short time， the first batch of wind farms put into production has been approaching the warranty period at present. Major owners in the daily operation process， they need to face the wind farm units quality assurance problems， as well as the corresponding maintenance and upgrading of the latter part of the situation. The paper will proceed from the actual construction， enumerating a practical case， to help readers better understand the type of wind turbine transformer fault， cause analysis， and follow-up solutions.

Keywords： wind turbine； converter； upgrade

1 設備簡介

該臺機組為明陽風電公司的MY1.5s型風機，和其他同類型機械相比，該機型最大的特點就是其具有77.1m大直徑風輪，風輪設計轉速范圍為9.7～19.5rpm，額定轉速為17.4rpm，掃風面積為4638m2，額定風速11.3m/s，切入風速3m/s，切出風速25m/s。塔筒底部直徑4.2m，設計壽命為20年。其中變頻器采用ABB公司的ACS800雙饋型風力發電機組變頻器，變頻器主要組成是：無源Crowbar、轉子側變流器、直流橋、網側變流器、LCL濾波器、du/dt濾波器、傳動單元主接觸器和充電電路等。從整體性能來分析，該機型能夠適應大多數使用場景，且在設計過程中，考慮到在實際的使用過程中工作人員需要定期對其進行檢查維修，所以在機型內部的相應控制較大，方便后續工作的進行。

2 故障現象描述

自2013年4月起，當該機組處于小風時段（平均風速為2-5m/s）時，風機后臺監控系統頻繁報出“變頻器主斷路器功能性故障”，經現場人員檢查發現變頻器主斷路器復位按鈕彈出，經手動復位后機組處于正常狀態；機組復位后在大風時段風機可以正常并網，小風時段則風機正常并網幾率較小。經現場人員在11#風機多次觀察發現，在小風時段機組并網后變頻器主斷路器頻繁脫網并網。故障起始及完成時間：2013年04月01日-2014年06月17日。

3 故障處理過程及處理方法

3.1 風場現場維護人員處理情況

故障原因分析：

經過資料查找及分析，變頻器功能性故障主要是主斷路器功能性故障，根據現場處理情況，一般為斷路器過流保護動作；主斷路器的電流互感器線路虛接也有可能導致此故障的出現。

3.2 故障處理過程

工作人員首先要解決的問題是確定出現故障的區域和原因，結合相應的知識儲備和過往的工作經驗，工作人員初步判斷造成斷路器過流保護動作導致的，為了佐證之前的判斷，工作人員進行了更加細致的檢查，通過對現場實際情況和工作流程進行調查，判斷該狀態主要為斷路器過流保護動作導致。同時也存在一部分主斷路器的電流互感線路虛接的情況。上述兩個原因共同導致了設備在運轉過程中頻繁出現脫網并網的情況。

3.3 相應處理措施

3.3.1 在故障排除過程中，工作人員進行了以下兩個實驗，分別為變頻器充電實驗和零速實驗，這兩個實驗開展的目的是幫助工作人員判斷及其內部的元件是否處于正常的工作狀態，如果在實驗過程中判斷內部元器件出現問題，應首先對內部元器件進行更換。在此次試驗過程中，變頻器充電電壓值符合充電電壓設定的正常波動范圍，各相關波形在零速運行時，能夠同步表明變頻器控制及驅動模塊能夠正常運轉。在兩個實驗中，工作人員都未發現異常情況，證明其內部元器件不存在問題，是由于外部原因所造成設備無法正常運轉。

3.3.2 工作人員對閘線圈進行了檢測和更換。在一般情況下，當并網開關欠壓線圈或者合閘線圈自身出現問題時，并網開關無法在合閘信號的指引下進行正常的并網工作，分合閘信號線路的松動也可能導致并網開關在收到相關指令后不進行具體操作。在工作人員的檢查過程中發現原有的線圈一切物理性質屬正常情況，為了進一步提高判斷精度，工作人員又對線圈進行了更換，而后進行的檢測結果與原線圈數量一致，表明原始線圈確實沒有故障。

3.3.3 更換變頻器傳動控制單元NDCU-33C，因為在某些情況下會出現由于控制器異常導致該故障的出現，工作人員對相應的元器件進行了更換之后，經過檢查發現原來的故障仍未消除，所以問題不是出在這個方面。

3.3.4 工作人員不能更換了變頻器傳動控制電源RDCU-02CDD，控制器異常可能導致該故障，更換后，該故障仍未消除。

3.3.5 更換兩個主斷路器，并網開關內部電路及機械故障可能導致并網開關問題，現場人員兩次將鄰近機組40kg左右的主斷路器用人力將其抬上11#風機變頻器平臺與其更換，更換后該故障仍未消除。

3.3.6 更換發電機編碼器，編碼器異常可能會導致變頻器控制錯誤引起變頻器過流，更換后，故障仍未消除。

3.3.7 更換變流器網側功率模塊，功率模塊內部原因可能導致該變頻器過流及其它異常情況，現場人員將鄰近機組100kg左右的網側功率模塊用人力將其抬上11#風機變頻器平臺與其更換，更換后該故障仍未消除。

3.3.8 更換Crowbar，Crowbar異常可能引起變頻器過流，更換后該故障仍未消除。

3.3.9 風機廠家專業人員及ABB變頻器廠家專業人員檢查及處理情況：

2013年6月份風機廠家專業人員及ABB變頻器廠家專業人員針對變頻器頻繁出現的問題進行了全面的檢查及處理，在對11#風機的檢查及處理過程中未發現明顯異常情況，專業技術人員尚未提出故障處理建議，該故障處理未完成。

4 最終處理情況

由于設備在運轉過程中出現的故障情況，一直沒有被解決，已嚴重影響到正常的生產過程，工作人員通過多方查詢，并與專業人員進行交流溝通，企業在近期又組織了專業人員對于故障進行專項處理。工作人員首先對于風機變頻器進行了一次全面的檢查，在此次檢查過程中，工作人員發現Crowbar內晶閘管V11異常，立即對V11進行了更換并且進行了測試，但是故障情況仍未消除；經過檢修班組多次分析及現場處理，最終于6月16日至6月17日現場維護人員在檢修主管的帶領下對該問題進行了技術攻堅，現場發現發電機編碼器與變頻器的接線混亂、線路中間斷線，屏蔽線未接好，ISU＼INU內部測量模塊損壞，變頻器在低功率運行過程中可能對編碼器與變頻器的連接線產生了相應頻率的電磁干擾發電機轉速信號與ISU、INU測量模塊損壞測量誤差；最后整理了變頻器與發電機編碼器的連接線及屏蔽線，更換了發電機編碼器，更換測量模塊重新調試安裝ISU、INU，機組恢復正常運行，自設備維修至今，未再收到類型故障的報告情況。

5 結束語

結合此前的工作經驗，在未來關于風機變流器的維修保養過程中工作人員新增的部分工作內容，具體為：檢查風機相關信號線的屏蔽線的緊固情況，在進行接線時，要安排專業人員分區域進行，以防止人手過多造成的現場混亂情況對于接線工作造成影響，并且在接線工作完成后，需要安排專業人員對于接線作業質量進行檢查，發現問題要及時進行整理。

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