風力發電機轉速比較故障處理及原因分析

孟敏

摘 要：發電機轉速是風力發電機的一個較為重要的信息，在風機運行控制及其參數監控中都顯得十分重要。發電機轉速就意味著發電量。同時發電機轉速也是風力發電機的自我保護的一個重要參數。金風1.5兆瓦機組發電機轉速測量有四種方式，對于發電機轉速比較的故障設置也有四種。本文闡述個人對于金風1.5兆瓦機組發電機轉速比較故障的理解，并著重介紹云南富源光梁子項目32#風機的發電機轉速比較四故障處理及分析。

關鍵詞： 轉速;測量模塊;緩沖電路;濾波電阻

1轉速測量

金風1.5兆瓦機組對于轉速這個重要參數設計了四種轉速測量方式。其中這四種轉速測量方式中的三種是相互獨立相互監督比較，就出現轉速比較的四種故障設置。以下是對四種轉速測量的簡介。

1.1葉輪轉速接近開關-113B5以及-113B7兩個轉速測量渠道

雖然從電氣原理圖（見下圖1）上看，是兩個轉速測量渠道，并且這兩個轉速測量的元件以及工作原理上都是一樣的，但是它們是兩個相對獨立的轉速測量渠道，是互不影響的。正是基于這一點，才將它們分開稱為發電機兩種轉速測量方式。

其工作原理是：使用兩個相互獨立的接近開關傳感器，對同一個齒數為60齒的齒盤進行數齒來進行發電機轉速的測量。接近開關輸出的是占空比為50%，峰值為24VDC的頻率信號，這個信號再被送入到一個Overspeed模塊，同時Overspeed模塊輸出兩路電機當前對應轉速的電壓模擬信號，送到主控制系統，由主控制系統轉化為轉速。測出的兩個轉速分別為Overspeed 1和Overspeed 2。這里還要一提的是Overspeed模塊還可以設置過速保護功能，其5、6、9端子設置的過速值為21rpm。當該模塊判斷電機轉速超過所設定的保護值21rpm時，模塊將輸出干結點信號，從而導致系統安全鏈動作，進而達到發電機過速保護目的。

1.2通過兩個Gpulse模塊測得發電機的轉速

該測量方式由兩個Gpulse（脈沖電壓測速）模塊和一個Gspeed（發電機速度測量）模塊構成，如圖2所示。先由Gpulse模塊測量出發電機電壓信號頻率f，輸出一個脈沖列進入Gspeed模塊，Gspeed模塊將Gpulse1和Gpulse2模塊處輸入的脈沖序列處理后轉化為對應轉速的模擬量輸送到風機主控系統，并由主控制系統軟件計算電機轉速。電氣原理圖如圖3所示。

1.3通過變流器所測發電機的轉速

這里以金風1.5兆瓦機組Switch變流系統為例來說。Switch變流器是采用主動整流方式來控制發電機側和電網側功率單元。發電機側功率控制單元和電網側功率控制單元相互獨立。采用的無速度矢量控制方式來得到發電機的轉速值。發電機的轉速先反饋到主控，主控通過分析處理，通過加載力矩，控制變流器的功率，實現轉速交互，變流器得到的轉速是模擬量，是程序里力矩對應的轉速值，這就形成了發電機轉速測量的第四種渠道。

2主控系統轉速比較故障的設定

金風1.5兆瓦機組根據Overspeed 1和Overspeed 2以及Gspeed這三個轉速值相比較，設置了4個轉速比較故障。

3云南富源光梁子項目32#機組轉速比較4故障分析處理

其中中央監控室顯示2#機組于2013年10月2日1：40：00報出轉速比較4故障，并于2013年10月2日1：41：00故障消除，自動啟機。在2013年10月2日1：50：00又報出轉速比較4故障，并于2013年10月2日1：52：00故障消除，自動啟機。此后每隔幾分鐘便重復上述情況。于是在2：40分左右進行了遠程停機。次日早上7：30中央監控室予以遠程啟機，情況依然如此。具體詳見上圖5故障記錄。到達現場后立即查看了2點08分的故障文件記錄。

從故障記錄上來看Overspeed 1和Overspeed 2所示發電機轉速值相差不大，而Gspeed與Overspeed 1和Overspeed 2所示發電機轉速值相差較大。由此可以斷定Gspeed 所測得的轉速值偏小了，這是造成32#機組報出轉速比較4故障的原因。找到故障的源頭后，根據圖3 Gpulse - Gspeed電氣原理圖分析可能原因有：

（一）轉速測量回路Gpulse - Gspeed 的接線松動;

（二）Gpulse或者Gspeed模塊本身損壞;

（三）測量轉速信號的倍福模塊存在問題;

（四）發電機轉速測量回路的保險損壞。

基于上述可能的原因，攜帶 Gpulse 模塊和Gspeed 模塊以及倍福模塊KL3404到達機艙進行故障排查。到達機艙后先讓發電機轉起來，觀察Gspeed模塊上的12#和15#對應的指示燈，因為這兩個指示燈剛好是兩個Gpulse模塊的脈沖信號輸出指示。結果發現15#對應的指示燈閃爍的頻率較慢。接著檢查回路Gpulse - Gspeed 的接線，發現無異常。這就排除了可能原因其一。將 Gspeed 新模塊進行更換后，同樣發現15#對應的指示燈閃爍的頻率較慢。這說明原來的 Gspeed模塊本身無損壞。同時也將故障先鎖定在發電機開關柜2里 Gpulse 模塊上。打開發電機開關柜2后，檢查接線是否虛接，發現無異常。將新模塊換上檢驗后，觀察發現15#對應的指示燈閃爍的頻率仍然較慢，故障無解除。倍福模塊用同樣方法檢查后，排除了可能原因其三。最后原因就自然落到了發電機測量回路的保險損壞上。

結合圖3和圖7電路分析可以斷定，故障就出在2F2上。斷電后，將萬用表設置在通斷功能上，測量2F2的三個熔斷器的通斷，發現中間的那支熔斷器斷路，即熔體已經熔斷了。同時觀察發電機開關柜2前的緩沖電路里濾波條已經燒毀。這就找到了真正的原因了，由于發電機2的V1相繞組所接熔斷器損壞，導致 Gpulse2模塊的輸入少了一相。由于缺少一相，這樣Gpulse2 就輸出脈沖就減少了，這樣導致輸出轉速值也就相對較小。更換濾波柜電阻條和2F2熔斷器后，啟動運行正常，故障解除。