淺談風(fēng)第一代第二代變槳充電器自主修復(fù)的分析與實踐力發(fā)電機組

廣西卓潔電力工程檢修有限公司 廣西 南寧 530000

1 工作原理分析

變槳充電器將三相交流400V經(jīng)過變槳充電器充電電源整流輸出60V,80A,給超級電容和變槳逆變器AC2提供電源。充電器主要由輸入濾波、DC-DC變換、輸出高頻整流濾波、二級濾波,以及CPU控制電路組成。其中輸入整流濾波器對于電磁兼容有很大的作用,有效地抑制了來自交流電網(wǎng)的傳導(dǎo)干擾,DC-DC高頻交換機使整機的效率大大提高。高頻整流濾波與二級濾波共同作用使電源的輸出紋波極小。CPU控制系統(tǒng)用于控制各種負載變換情況下的穩(wěn)定輸出。

當(dāng)超級電容得電壓低于規(guī)定值時變槳充電器就立即為其充電,所以超級電容一直保持60V的電壓。變槳時,變槳充電器和超級電容同時為逆變器供電,超級電容做峰值補償,同時也做后備電源。這樣就減少了變槳充電器的開關(guān)次數(shù),同時也減少沖擊次數(shù),增加了變槳充電器 的使用壽命。機組每個葉片的變槳控制柜,都配備一套超級電容組,作為的備用的UPS電源。超級電容儲備的電能,在保證變槳控制柜內(nèi)部電路正常工作的前提下,足夠使葉片以7°/s的速率,從0°順槳到90°。當(dāng)變槳充電器出現(xiàn)故障時,超級電容直接給變槳控制系統(tǒng)供電,可保證整套變槳控制系統(tǒng)的正常工作,使葉片順槳安全停機。

2 變槳充電器故障頻發(fā)分析

金紫山風(fēng)電場海拔高達1700米,年平均霧天在280天左右,年平均濕度高達85%。溫度、濕度快速變化疊加導(dǎo)致的凝露現(xiàn)象,一直是風(fēng)電場設(shè)備元器件損壞的重要原因,每次停電融冰恢復(fù)送電后,機組故障層出不窮,其中變槳充電器首當(dāng)其沖,損壞率極高。依照歷年的統(tǒng)計數(shù)據(jù),變槳充電器累計損壞多達58臺,造成風(fēng)機故障停機時長超過300小時,損失電量約25萬kW·h。

維檢人員對可能影響變槳充電器的各種因素進行了調(diào)查,查閱了相關(guān)資料,召開了原因分析會,從人、機、料、環(huán)這四個方面進行分析,經(jīng)過歸納總結(jié),形成五個末端因素:第一,技術(shù)力量不足設(shè)計存在缺陷。因人員未能考慮現(xiàn)場運行環(huán)境,充電器內(nèi)部電路設(shè)計不能滿足電網(wǎng)諧波超標(biāo)的干擾,易導(dǎo)致內(nèi)部元件損壞,由于風(fēng)機處于電網(wǎng)的末端,電網(wǎng)的品質(zhì)比較差,受干擾的問題常見,受諧波干擾及電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)效應(yīng)不高所致,容易產(chǎn)生高壓影響,燒毀充電器內(nèi)部器件,故障風(fēng)機是正常停機,非直接斷電。第二,電路板制造工藝問題。對故障風(fēng)機變槳充電器進行拆解后發(fā)現(xiàn)電路板元器件存在燒損,電路板存在銹蝕現(xiàn)象,通過使用萬用表對電路板線路進行測試存在短路現(xiàn)象。第三,充電器電解電容容值衰減較大。1.5MW機組的變槳充電器內(nèi)部啟動電容C13,部分在經(jīng)歷過低溫運行或元器件老化容值衰減,存在變槳柜斷電后充電器不能正常啟動情況。經(jīng)過測量低于額定值220μF。第四,冬季送出線路易凝冰,需頻繁停電融冰。通過查看后臺及記錄,其他機組不同時間段斷電再送電后未出現(xiàn)故障。第五,風(fēng)機所處環(huán)境濕度大。使用溫濕度計對風(fēng)機輪轂溫濕度進行測試與機外溫濕度進行比較,機組停電后易凝露。得到的最終結(jié)論是:技術(shù)力量不足設(shè)計存在缺陷及冬季送出線路易凝冰,需頻繁停電融冰對變槳充電器影響小;電路板制造工藝問題、充電器電解電容容值衰減較大、風(fēng)機所處環(huán)境濕度大對變槳充電器影響大,是故障損壞的主要原因。

3 制定措施

為解決金紫山風(fēng)電場變槳充電器無法正常啟動、變槳充電器返修周期長、費用高、故障損失電量高的問題,通過成立QC小組活動,解決變槳充電器失效問題,提高風(fēng)機可靠性。維檢人員發(fā)現(xiàn)拆解的充電器電路板表面普遍存在腐蝕生銹現(xiàn)象,10%的充電器電路板有明顯的短路痕跡,54%的變槳充電器電解電容容值遠遠低于標(biāo)準值,而電路板絕緣能力低便是造成這些現(xiàn)象的主要問題。因此提高變槳充電器模塊電路板表面絕緣能力,能有效減少變槳充電器故障及損壞率。

4 自主修復(fù)變槳充電器

4.1 處理過程

第一,充電器電解電容容值衰減較大,嘗試使用固態(tài)電容代替電解電容。選購性能優(yōu)越的電容,更換容量不足電容,進行測試檢查效果是否達標(biāo),更換到風(fēng)機后做好相關(guān)記錄,跟蹤其是否能長期運行。

第二,電路板制造工藝問題,對損壞的元器件進行統(tǒng)計及采購,自主維修更換損壞元器件。更換完成后進行測試檢查效果是否達標(biāo),更換到風(fēng)機后做好相關(guān)記錄,跟蹤其是否能長期運行。

第三,風(fēng)機所處環(huán)境濕度大對變槳充電器影響大問題,使用板件“三防”漆提高絕緣值,減少銹蝕現(xiàn)象發(fā)生。選購具有優(yōu)越的絕緣,防潮、防塵、防腐蝕的“三防”防護噴漆,對維修好的變槳充電器板件及元器件進行防護噴漆噴涂,通過測試,檢查效果是否達標(biāo)。

4.2 效果檢查

1.對噴涂絕緣漆的自主維修變槳充電器進行模擬高濕度試驗:電路板進行噴水實驗,試驗結(jié)果可達到IP68的效果。

2.做變槳充電器NG5啟動測試:實驗數(shù)據(jù)輸出電壓在±0.6%標(biāo)準范圍內(nèi)數(shù)據(jù)合格。

3.通過對不同機組進行溫度數(shù)據(jù)跟蹤比較,均在合格范圍內(nèi)。

5 結(jié)語

通過自主修復(fù)變槳充電器成功打破了風(fēng)機廠家備件維護的技術(shù)壟斷,還解決了風(fēng)電自主維檢中“提高變槳系統(tǒng)可靠性”這一棘手難題。目前,該項成果已經(jīng)固化到《風(fēng)電機組檢修維護規(guī)程》中,并在2020年金紫山風(fēng)電場全年檢修工作中全面實施。