風電機組變頻器故障原因分析及日常維護

徐校

摘要：根據某風電場多年的運行經驗，本文總結了風力發電機組變頻器系統常見故障，通過對常見故障分析，旨在為同類型變流器故障處理提供參考與借鑒，并提供相應的日常維護方法。

關鍵詞：變頻器;故障分析;波形分析;維護

引言

社會經濟與科技的發展，推動了我國風電領域的蓬勃發展，對于風力發電機組而言，變頻器在其中的整體可用性中起著非常重要的作用。根據云南某風電場多年的運行經驗，本文就風力發電機組變頻器系統常見故障展開分析，并通過有針對性的維護降低變頻器故障率，提高風力發電機組的可靠性。

1、變頻器作用及工作原理

在雙饋風力發電機中，雙饋變流器通過對轉子提供低頻交流勵磁電源，使發電機不但定子能向電網饋電，轉子也能夠吸收或向電網供電即能實現電能的雙向流動，同時使其既能調節無功功率，也能調節有功功率。雙饋電機交流勵磁用雙PWM變換器是由兩個背靠背連接的PWM變換器構成的交-直交（AC-DC-AC）變換器，靠近電網一側的稱為網側變換器，靠近雙饋電機轉子一側的稱為轉子側變換器。

2、變頻器常見故障分析

某風電場風力發電機組為聯合動力1.5MW機型，采用ABB、日立兩種變頻器。

（1）編碼器類故障。故障現象為變頻器報出“電流越限類”故障，每次報出電流越限故障的相序不同，相序隨機報出。同時變頻器功率模塊運行聲音不正常，會斷斷續續產生很大的“轟轟”聲，聲音越大電流越大。通過采集故障數據波形發現編碼器波形異常，如圖1所示。

編碼器鋸齒波形發生缺失，位置數據丟失。由于變頻器在坐標變換等控制中需要編碼器給的角度信號，如果信號出現問題將導致變頻器3/2及2/3變換控制發生錯誤而報出故障。

（2）并網類故障。日立變頻器并網時報出“同步故障”，由于同步時定子電壓與網側電壓幅值差在5%以上報出此故障。同步時波形如圖2所示。

通過圖2波形可以看出，發電機定子電壓與電網電壓的幅值相差過大（實際在8%），隨后對變頻器轉子電流監視發現U相電流（圖3）異常，由于轉子電流需要參與變頻器的控制，電流漂動太大嚴重影響變頻器PWM輸出控制。隨后檢查發現轉子U相電流霍爾傳感器阻值異常并進行了更換。

（3）預充電類故障。現場故障現象為日立變頻器預充電后88S接觸器吸合，直流母線電壓達到150V后立即故障停機。現場檢查網側電抗、電容、預充電電阻均無問題，隨后對網側模塊進行檢查，驅動板電壓在11V左右（日立變頻器驅動板通常在11V左右），判斷驅動板無異常。隨后對網側模塊IGBT上的并聯二極管進行測量，發現兩個模塊各有一個并聯二極管損壞。后續有一臺為LVRT上的并聯二極管損壞，同樣出現直流母線電壓達到150V后立即故障停機的現象。

3、變頻器維護

風電場需定期對變頻器進行除塵，重點是電氣控制柜，變頻器散熱底座、變頻器主線接線端子排、變頻器下進風口、上出風口是否積塵或因積塵過多而堵塞。變頻器因本身散熱要求通風量大，故運行一定時間以后，表面積塵十分嚴重，須定期清潔除塵;同時需仔細檢查交、直流母排有無變形、腐蝕、氧化，母排連接處螺絲有無松脫，各安裝固定點處堅固螺絲有無松脫，固定用絕緣片或絕緣柱有無老化開裂或變形，如有應及時更換，重新緊固;對已發生變形的母排須校正后重新安裝。電氣控制柜內風扇運行及轉動是否正常，停機時，用手轉動，觀察軸承有無卡死或雜音，必要時更換軸承或維修;中間直流回路中的電容器有無漏液，外殼有無膨脹、鼓泡或變形，對不符合要求的電容進行更換，對新電容或長期閑置未使用的電容，更換前須對其進行鈍化處理。濾波電容的使用周期一般為5年;對整流、逆變部分的二極管、IGBT用萬用表進行電氣檢測，測定其正向、反向電阻值，并在事先制定好的表格內認真做好記錄，看各極間阻值是否正常;仔細檢查端子排有無老化、松脫，是否存在短路隱性故障，各連接線連接是否牢固，線皮有無破損，各電路板接插頭接插是否牢固。

4、結語

變頻器作為風力發電機組運行過程中的重要系統，對風力發電機的安全運行至關重要。隨著運行時間的增加變頻器故障逐漸增加，變頻器波形為我們精準查找故障提高了可靠依據，定期對變頻器進行維護是保證其安全穩定運行的基本保證。

（作者單位：云南龍源風力發電有限公司）