金風70/1500kW機組FREQCON變流系統常見故障原因分析及處理

孟立強

摘要：本文主要針對金風70/1500kW機組FREQCON變流系統常見故障，通過對FREQCON變流系統組成、作用及工作原理介紹，結合現場故障實例對FREQCON變流系統常見故障原因進行分析，并提出具體的解決方法及預防措施。

關鍵詞：變流系統;IGBT;故障

1、FREQCON變流系統簡介

1.1FREQCON變流系統由直驅永磁同步發電機、發電機側斷路器、無功補償電容組、二極管整流電路、Boost斬波升壓電路、直流母排、直流母排電容、放電電阻、制動電路、逆變器電路、LCL濾波電路、變壓器及電網組成。

1.2FREQCON變流系統的主要作用是把風力發電機發出的不穩定低頻交流電，經過電機側整流單元整流，變換成直流電，再由三重斬波升壓單元斬波升壓后送到直流母排上，最后通過逆變單元把直流電逆變成和電網電壓、頻率和相位相匹配的交流電送入電網。

1.3FREQCON變流系統主電路拓撲結構圖

1.3變流器啟動流程

2、FREQCON變流系統常見故障分析處理

2.1變流系統常見故障

1）直流電壓低--變流器故障;

2）直流電壓高--變流器故障;

3）塔底運行風扇故障;

4）塔底運行風扇反饋丟失故障;

5）變流器未準備、反饋丟失故障;

6）變流器直流電流（斬波升壓IGBT）故障;

7）變流器網側逆變IGBT故障;

8）變流器斬波升壓IGBT故障;

9）制動單元IGBT過流故障等。

2.2現場變流故障統計

1）因變流控制器自身故障導致IGBT及其快速熔斷器損壞;

2）主控柜因散熱不良，柜內溫度過高，或控制線纜連接線路干擾，使變流器運行不穩定，導致機組報故障;

3）網側電壓低持續時間過長，導致機組母排電壓高持續時間長，或引起機組低電壓穿越，致使制動電阻和IGBT損壞。

2.3變流器故障一般處理流程

第一、查看變流控制器信號指示燈，查找是哪個單元報故障，確認故障單元后，并打開IGBT柜檢查是否有明顯損害灼傷痕跡，是否有短路燒焦味道，以確認變流控制器是否正常;

第二、檢查IGBT快速熔斷器是否完好，熔斷后指示鈕彈出;

第三、IGBT測量方法：注意：所有操作必須在主斷路器斷開，正、負直流母排放電完畢后才可進行！

打開IGBT柜門，用直流電壓檔測量直流母線電壓，確認電壓低于24V。然后將萬用表設為二極管檔位，按照下表測量功率模塊，并記錄數據。

第四、對IGBT進行測試，如無異常可開機。

2.4故障實例

2.4.1故障描述：

2013年10月26日18點30分現場G2-2風力機組報“IGBT-OK丟失”故障，18點34分機組G1-11報同一故障，進入風機均能聞到燒焦的味道，打開IGBT柜未見明顯特征，在塔底發現制動電阻外殼燒黑其連接電纜頭燒焦，其中G1-1風機制動電阻外殼燒黑現象較為嚴重。

2.4.2原因分析及處理：

1）用萬用表測量直流母線電壓確認安全后，對所有IGBT進行測量，均無異常。

2）測量制動電阻阻值后確認制動電阻已燒毀，需要更換。

3）根據前面的介紹，制動單元的作用是當變流器檢測到直流母排電壓過高（大于1200VDC）時，制動單元工作，通過制動電阻釋放直流母排上多余的能量，維持母排電壓。經前兩步檢查測量，初步判斷此次故障原因是由于制動電阻過度消耗直流母排上多余能量引發過熱所致。

4）為了找到直流母排產生多余能量的原因，聯系到風機故障時刻前十分鐘左右，現場風速由原來7.5m/s升至10.5m/s，風速增大的同時，機組發電機轉速升高，電網中產生的感性無功增加，因此需要給電網補充容性無功來平衡由于變壓器、發電機等電氣設備產生的感性無功。而如果未能及時或足夠的投入SVG、電容組等容性補償設備，電網只能通過短時降低有功功率來提升容性無功功率。事實上，根據金風1500kW風力機標準功率曲線，風速由7.5m/s升至10.5m/s時，風機功率將由518kW升至1415kW，全場（33臺風機）有功功率將迅速增加，由原來1.7萬千瓦增至4.7萬千瓦，電流也迅速增大，而短時降低有功功率只能使電網電壓短時跌落。35kV母線電壓曲線，自起風后電壓一直處于波動跌落狀態（截止風機故障時刻時長約50分鐘），風機故障時刻35kV母線B相線電壓跌落至最低電壓32kV。

5）綜上分析，造成此次風機故障的主要原因是起風過程中電網電壓持續波動跌落，致使機組母排過電壓持續時間過長，制動單元連續工作，制動電阻大量消耗直流母排多余能量，造成制動電阻發熱直至燒毀。其中G1-11風機制動電阻燒毀較嚴重的原因是隨著電網電壓持續跌落，機組故障時刻網側電壓已跌落至321.787V，引發機組低電壓穿越，導致制動電阻燒毀較嚴重。

2.4.3預防措施：

1）對測風塔及風功率預測設備加強巡視檢查，確保設備正常的數據傳輸;

2）及時清理SVG等裝置灰塵，保持散熱通暢，確保設備可靠運行;

3）實時關注風速預測曲線及35kV母線電壓，在大風天氣特別是風速開始增大時，根據母線電壓情況及時投入電容器組等無功補償設備，防止母線電壓過渡跌落。

結束語

作為生產一線運維工作人員，我們應當及時發現風機存在的隱患和缺陷，制定具體的預防和處理措施，達到不斷減少風機故障的目的。

參考文獻

[1]黃文祿.金風1500KW風力發電機機組電控原理介紹

[2]孫偉.金風1.5MW風力發電機組的變流系統介紹