1.5MW三相電流不平衡故障分析

黃廣義

【摘 要】在風力發電機組中，變流器電流直接或間接地反應了機組功率、扭矩的大小，同時三相電流之間相互關系也反映了機組的狀態，因此三相電流的監測對于機組是至關重要的。論文主要闡述對三相電流不平衡故障的分析和處理過程，并對該故障做了簡單總結。

【Abstract】In the wind generating set， the current of converter directly or indirectly reflects the power and torque of the unit， meanwhile， the relationship between three-phase alternating current also reflects the state of the unit， therefore， the monitoring of three-phase alternating current is very important for the unit. The paper mainly expounds the analysis and treatment of the imbalance fault of three-phase alternating current， and makes a simple summary of the fault.

【關鍵詞】電流互感器；三相電流；電流檢測

【Keywords】current transformer； three-phase alternating current； current detection

【中圖分類號】TM46 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）09-0166-02

1 機組信息

機組配置： 87/1500kW 自主變流 VENSYS變槳 高瀾水冷

故障時間：2014年2月4日

故障機位： FD2-41

故障風速：9.29 m/s

環境溫度：3.5 ℃

2 故障現象描述

2014年2月4日遼寧北票中電投臺吉營項目41號機組出現三相電流不平衡故障。現場人員到達機位后發現故障燈亮起，檢查線路主回路未發現異常，電流互感器外觀完好，復位后機組故障消除，機組可正常運行，但是觀察三相電流發現B相電流值始終比A相和C相小20%左右，當功率達到1500kW以后機組報出故障。故障F文件如下圖1所示。

3 故障原因分析

通過查閱資料可知，三相電流不平衡故障解釋為：三相電流之間差值的絕對值的最大值大于有功功率乘以系數0.05后加上系數150的和，持續1秒鐘，風機報此故障。執行快速停機過程，可以自動復位。

由此可以看出機組故障確實存在電流不平衡，那么就要對該問題進行如下分析：①通過面板和故障文件分析具體哪一相電流造成故障報出。②結合變流實時數據進一步判斷該相電流出現偏差來源，是測量回路出現問題，還是該相電流本身偏低。 ③如果是測量回路出現問題導致電流偏低，需要再進一步判斷是器件問題，還是此回路接線問題。④如果是三相電流本身確實存在偏低現象，再進一步判斷是變流器系統內部問題，還是變流系統之外問題。

基于以上想法，出現該故障原因主要有：①網側動力電纜出現虛接或短路。如果網側動力電纜出現虛接或短路直接造成該相電流偏大，同時還可能出現打火現象。虛接或短路問題可直接通過觀察即可排除。②變流器內部出現問題。如果變流器內部出現問題，在逆變過程中可能會造成某項逆變失敗，電流偏低現象。判斷變流器是否有問題可以利用變流器軟件對變流器出口電流進行在線監測，觀察其是否出現不平衡現象。③檢測回路線路出現虛接或短路。電流檢測回路主要如下圖2所示，具體為從電流互感器開始連接到變流柜內1×4端子排，再經過一條4×1.5的7米電纜從變流柜連接到主控柜內，進入端子排×16.1后再進入電能表。因此通過檢測該段線路和測量通斷即可判斷問題所在。④電流互感器。電流互感器原理是依據電磁感應原理的，由閉合的鐵心和繞組組成。它的一次繞組匝數很少，串在需要測量的電流的線路中，二次繞組匝數比較多，串接在測量儀表和保護回路中，電流互感器在工作時，它的二次回路始終是閉合的，因此測量儀表和保護回路串聯線圈的阻抗很小，電流互感器的工作狀態接近短路。因此，電流互感器一二次線圈出現問題有可能造成測量值不正常。檢查電流互感器是否損壞通常可以通過測量二次回路的內阻或者調換方法。⑤檢測元件PAC3200出現問題。

4 故障處理過程

于是，現場人員對41#機組進行一一排查，具體過程如下。

首先，通過故障B文件對三相電流作圖如下圖3所示，可以看出三相電流發現B相電流始終比其他兩相偏小，功率越高偏差值越大。初步判斷為B相電流應該為故障線路。

為了進一步確定B相電流出現偏差是測量回路出現問題導致，還是該相電流本身偏低導致故障報出，可以通過金風自主變流就地監控軟件對變流器網側單元出口電流進行在線監測，數據如圖4所示。

結合上圖可以發現ABC三相電流值相差無幾，均在正常范圍內波動。因此，可以判斷該故障是由于電流檢測回路出現問題導致的。

然后，現場人員對檢測回路進行一一排查，當排查到變流柜到主控柜連接電纜時發現兩端接口處都出現了明顯的老化現象，如圖5所示。面對該現象現場人員分析可能是由于電纜老化造成電纜出現內阻增大可能，導致電流互感器傳送信號衰減，進而造成三相電流出現偏差[1]。于是對連接電纜進行了更換，但是更換完畢后電流偏差仍然存在，故障仍未徹底消除。

最后，對B相和C相電流互感器進行了調換，發現故障現象轉移，因此可以最終判定為電流互感器出現損壞造成此故障，更換后機組恢復正常。

5 結語

此次故障最終是由于電流互感器損壞，導致三相電流檢測出現偏差，進而導致故障發生。由于機組電流互感器拆卸極其煩瑣，并且動力電纜上下又無法使用鉗形電流表，所以只能通過由簡到繁的排除法對其進行一一排查，最終找出故障點。同時，在處理故障過程中要充分利用手中的便利條件進一步分析，如本文中利用變流軟件確認變流器輸出電流正常。此外，這種思路同樣可以延伸到電壓互感器方面問題以及變壓器問題等等。經過這次故障的處理對機組故障分析有了很大的進步。

【參考文獻】

【1】鄭薇. 低壓三相不平衡調相裝置的研究與設計[D].淄博：山東理工大學，2017.