金風(fēng)1.5MW風(fēng)機(jī)降低“10號子站總線”故障研究及抑制措施

摘要：風(fēng)力發(fā)電作為一種清潔永續(xù)的能源利用方式，無燃料成本，發(fā)電成本低。目前，直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)是風(fēng)力發(fā)電技術(shù)中最具有潛能的一個發(fā)展方向。與傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比，直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用了多級低速永磁同步發(fā)電機(jī)并取消了增速齒輪箱，這樣不僅僅降低了維護(hù)成本，而且降低了因增速齒輪箱帶來的故障率和齒輪油帶來的環(huán)境污染。現(xiàn)就主要針對金風(fēng) 1.5MW 風(fēng)機(jī)電氣水冷柜“10號子站總線”故障問題進(jìn)行分析并提出抑制措施。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電;金風(fēng) 1.5MW 風(fēng)機(jī);10子站總線;抑制措施

UPS對于保證風(fēng)機(jī)各控制柜電氣重要回路的不間斷供電是十分必要的，這就為 UPS對電能改善質(zhì)量提出了較高的要求。另外，精密的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和通信設(shè)備、以服務(wù)器為核心的網(wǎng)絡(luò)中心及通訊子站的供電是不允許有間斷的，對這些設(shè)備中存儲的數(shù)據(jù)文件的防備突然斷電造成的數(shù)據(jù)丟失對 UPS的安全穩(wěn)定問題也提出了嚴(yán)格的要求。對于在電網(wǎng)中存在著種種諸如斷電、雷擊尖峰、浪涌、頻率震蕩、電壓突變、電壓波動、頻率漂移、電壓跌落、脈沖干擾等引起電氣設(shè)備和元器件損壞的主要問題;UPS 不僅要能夠保持穩(wěn)定不間斷輸出還要能夠保證設(shè)備的自身的良好性能能夠利于長期運(yùn)行。

一、易事特EA902UPS的主要組成電路特點及工作模式

1、主要組成部件

易事特 EA902UPS 主要由 AC230V 輸入部分、輸入濾波板、PFC 電路、充電板、整流部分、電池組、升壓穩(wěn)壓電路、主控板、逆變電路、輸出濾波、干接點接口板、電壓電流保護(hù)、冷卻散熱、顯示板、通訊等部分組成。

2、EA900 系列在線式 UPS工作模式

UPS 市電的輸入電路相當(dāng)于一個市電穩(wěn)壓器，同時給柜內(nèi)的蓄電池充電蓄能。市電中斷時，UPS 立即將機(jī)內(nèi)電池的電能通過逆變轉(zhuǎn)換器向負(fù)載繼續(xù)提供 230伏的交流電，使負(fù)荷或下級電源得以維持運(yùn)行并保護(hù)計算機(jī)的硬件和系統(tǒng)不受沖擊影響。圖1為易世特EA902UPS控制原理圖。

在正常情況下，只要合上輸入開關(guān)，UPS 便自動工作在旁路供電方式，這時負(fù)載由市電直接提供電源。當(dāng)發(fā)出 UPS 起動命令后，UPS開始起動，約 1分鐘后自動由旁路供電方式轉(zhuǎn)為逆變器供電方式（正常工作方式），當(dāng)市電中斷或異常（自動）時切至電池供電模式，而當(dāng) UPS過載、逆變故障等時切旁路。

二、EA902UPS 的故障分析

經(jīng)現(xiàn)場勘察發(fā)現(xiàn)被燒壞的UPS，同時伴隨著變流柜中的 24V開關(guān)電源 QUINT POWER 也有燒壞現(xiàn)象（直流電容元件損壞）。 UPS 的故障現(xiàn)象：故障燈亮，跳閘后恢復(fù)送電出現(xiàn)內(nèi)部爆炸聲響，主控柜內(nèi)的三相空開 3F4（25A）和 UPS 輸入電源開關(guān) 152F11.1（有時候其中一個跳閘）和輸出開關(guān)152F11.2 跳閘。檢查發(fā)現(xiàn) UPS交流 230V輸入濾波回路 MOV2燒黑裂開（及周圍元件有被熏黑現(xiàn)象。根據(jù)現(xiàn)象初步判斷為電網(wǎng)電壓可能出現(xiàn)瞬時過電壓，另一方面 UPS本身可能存在質(zhì)量問題。由于220KV變壓器經(jīng)風(fēng)場35KV線路送至 690V 電纜側(cè)，再由主控柜的 690/400V變壓器取單相 230V送至 UPS電源。根據(jù) EAST UPS 說明書上的輸入電壓范圍的數(shù)據(jù)（見表一），由最大電壓 475V 和各電壓等級的標(biāo)稱電壓之比計算可以計算出35KV 線路上的電壓波動為 18.7%，220KV 線路上的電壓波動為 27.8%，這遠(yuǎn)超過了正常電力系統(tǒng)一般運(yùn)行規(guī)程中的電壓允許波動范圍±10%，但一旦電網(wǎng)出現(xiàn)以上的過電壓現(xiàn)象，UPS的耐壓能力是不可以承受的。

市電供電的穩(wěn)定性存在有讓人置疑的地方的，它是否存在著在某一時間段或某一時刻出現(xiàn)瞬時電能質(zhì)量問題如電壓浪涌、高壓尖脈沖、暫態(tài)過電壓、電壓下陷、線路噪聲、頻率偏移、持續(xù)低電壓、供電中斷等。這很可能就是造成 UPS 故障的“元兇”，也就是“10子站總線故障”的源頭。

三、故障分析結(jié)論

根據(jù)現(xiàn)場檢查分析，可能引起 UPS 內(nèi)部電路故障的原因有 UPS 的內(nèi)部因素和外部因素兩種，主要體現(xiàn)在：

1、UPS濾波板過電壓保護(hù)未達(dá)到最優(yōu)選型，元器件質(zhì)量欠佳，電路設(shè)計保護(hù)電路待更加完善。

2、UPS使用時間的延長和多次電網(wǎng)的沖擊，其內(nèi)部控制電路的某些參數(shù)發(fā)生了漂移，使得濾波輸出電壓波形不在標(biāo)準(zhǔn)正弦波上，這時需要對 UPS 內(nèi)部的某些元件作必要的定期更換。

3、電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)原因，來自外部電網(wǎng)的各種電涌或電壓尖峰如輸入電壓帶有各種高頻諧波成分的周期性的持續(xù)過電壓、暫態(tài)過電壓或者高壓尖峰的出現(xiàn)造成瞬時過電壓等是 UPS濾波板 MOV損壞的直接原因。

四、對于 EA902UPS 過電壓保護(hù)電路方案的改進(jìn)建議

對于旗桿風(fēng)電場電網(wǎng)出現(xiàn)的諧波過電壓現(xiàn)象，一方面可以從改善電網(wǎng)的方面出發(fā)進(jìn)行抑制諧波污染，在 690V/400V 線路加設(shè)濾波回路和過電壓保護(hù)二次回路;另一方面對于用戶設(shè)備的電氣保護(hù)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)情況因地制宜選擇產(chǎn)品的優(yōu)化配置方案。現(xiàn)就主要針對后者提出抑制措施：

1、UPS和交流穩(wěn)壓電源搭配使用：由于電網(wǎng)突然停電或來電時電壓不穩(wěn)，忽高忽低，電壓涌流，瞬態(tài)脈沖電壓過高頻率誤差太大，單用 UPS只能解決掉電，而影響負(fù)荷正常工作，而無發(fā)對電波的雜質(zhì)進(jìn)行過濾。對電壓忽高忽低，電流增加或減弱，相位不正確電網(wǎng)中的雜質(zhì)可以用凈化穩(wěn)壓電源來解決。因而 UPS電源要同凈化穩(wěn)壓器一起搭配使用，對于解決負(fù)荷電源的質(zhì)量問題，能夠起到一定的良好效果。

2、增加 MOV 的通流容量和相應(yīng)耐壓值。大量的 MOV 的損壞，從某方面上講，元件的通流容量和耐壓值不足。增大 MOV 的通流容量能夠承受較長時間或周期性的過電壓能量瀉放，也能夠使線路的殘壓保持在較低水平。但增加了防護(hù)成本。增加 MOV的動作電壓而不改變通流容量可以減少了 MOV 的動作機(jī)率和瀉能時間，且不增加成本，但會使線路上的殘壓有所提高。

3、定期對UPS進(jìn)行充放電也是延長UPS使用壽命的方法。建議每半年進(jìn)行一次。

4、可以在主控柜到水冷柜之間的三相電源裝設(shè)過電壓保護(hù)，作為690V/400V防雷保護(hù)的分級過電壓保護(hù)。

結(jié)束語：

通過對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組水冷系統(tǒng)“10號子站總線故障”問題分析，得出總線故障主要是由于UPS問題引發(fā)的。UPS決定著通訊系統(tǒng)的供電能力和供電質(zhì)量，所以解決了UPS運(yùn)行上的缺陷也就從根本上解決掉了“10子站總線故障”。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙澤成，李強(qiáng)，黃善永. 淺談金風(fēng)1.5MW風(fēng)機(jī)主要零部件壽命周期分析與實踐[J].中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2020（44）：161-162

[2]楊曉宏，胡生記.風(fēng)電場UPS電源故障分析及處理[J].電子制作，2013（2X）：51-51.

作者簡介：王有發(fā)（1981-）男，內(nèi)蒙古呼和浩特人，學(xué)歷：本科，工程師，研究方向：電力工程.