NBT 10929—2022《風(fēng)力發(fā)電機組 變流器 可靠性技術(shù)規(guī)范》標準解析

侯 垚

（機械工業(yè)北京電工技術(shù)經(jīng)濟研究所）

1 制定背景和意義

變流器作為發(fā)電機和電網(wǎng)的接口，是風(fēng)電機組中功率轉(zhuǎn)換的核心部件，其將發(fā)電機發(fā)出的電壓和頻率隨風(fēng)速變化的電能，通過交-直-交變換為工頻頻率饋入電網(wǎng)。風(fēng)的隨機波動性使變流器的運行工況不斷變化，且風(fēng)電機組的運行環(huán)境惡劣，維修維護難度大，因此風(fēng)電機組變流器要求具有良好的可靠性。

根據(jù)DL/T 861—2020的定義，可靠性是指元件或系統(tǒng)在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間區(qū)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。風(fēng)電機組的變流器可靠性主要受拓撲結(jié)構(gòu)及功率模塊的可靠性和實際運行工況影響。由于風(fēng)速變化快且準確預(yù)測難度大，變流器需要處理的功率波動幅度大，導(dǎo)致變流器長期工作在非平穩(wěn)狀態(tài)，長時間運行后導(dǎo)致功率器件老化加速，變流器的運行可靠性隨之降低。

2020～2021年，國家能源局電力可靠性管理和工程質(zhì)量監(jiān)督中心發(fā)布的《全國電力可靠性年度報告》對風(fēng)電機組的運行可靠性進行了統(tǒng)計分析。統(tǒng)計結(jié)果顯示，變流器是造成風(fēng)電機組非計劃停運累計時間最長和停運次數(shù)最多的關(guān)鍵部件，具體見圖1、圖2。

圖2 風(fēng)電機組累計非計劃停運次數(shù)（次）

2 標準制定過程

該標準項目來源于國家能源局2018年能源領(lǐng)域行業(yè)標準制修訂計劃，項目名稱為《風(fēng)力發(fā)電機組變流器可靠性技術(shù)規(guī)范》，項目計劃編號為能源20200339。

2019年8月組織成立技術(shù)標準研究項目工作組，明確工作組各成員的具體職責(zé)。2019年10月編制技術(shù)標準草案大綱，明確標準的制定思路、任務(wù)、分工以及進度等。2019年11月根據(jù)草案大綱的要求，課題組對風(fēng)力發(fā)電機組變流器可靠性技術(shù)規(guī)范進行調(diào)研和詳細編寫工作。

2020年8月，組織項目成員進行初稿討論工作，針對風(fēng)力發(fā)電機組變流器可靠性技術(shù)規(guī)范內(nèi)容給出了科學(xué)、準確、詳盡的描述。

能源行業(yè)風(fēng)電標準化技術(shù)委員會風(fēng)電電器設(shè)備分技術(shù)委員會（NEA/TC1/SC6）于2021年組織召開標準啟動會，由國內(nèi)整機廠、變流器制造企業(yè)和第三方檢測機構(gòu)共同成立標準起草工作組，標準編制過程分析對比了現(xiàn)行的風(fēng)電變流器國家標準技術(shù)條件及試驗方法。

2021年4月23日，標委會于成都組織召開標準討論工作組會議，確定了標準適用范圍、框架大綱等內(nèi)容，明確了變流器可靠性指標及變流器關(guān)鍵部件清單。2021年11月召開了標準送審稿審查會，參會專家一致同意標準審查通過。

3 標準主要內(nèi)容

NB/T 10929—2022 《風(fēng)力發(fā)電機組變流器可靠性技術(shù)規(guī)范》于2022年5月13日發(fā)布，2022年11月13日實施，標準中規(guī)定了風(fēng)電機組變流器的可靠性指標及要求、可靠性計算方法、試驗項目等內(nèi)容。

標準規(guī)定的可靠性主要指標包括失效率和平均故障間隔時間，其中平均故障間隔時間的計算公式如下：

式中，MTTF為不可修復(fù)部件的平均失效時間；MTTR為平均修復(fù)或替換時間；LDT為可修復(fù)部件的物流時間。

式中，λ為失效率；MTBF為平均故障間隔時間，指產(chǎn)品或系統(tǒng)在兩相鄰故障間隔周期內(nèi)正常工作的平均時間。風(fēng)電機組變流器可靠性的技術(shù)指標見表1。

表1 風(fēng)電機組變流器可靠性技術(shù)指標

現(xiàn)行國家標準中風(fēng)電機組變流器平均故障間隔時間要求不低于18000h，低于NB/T 10929—2022的要求，見表2。

表2 現(xiàn)行標準中變流器平均故障間隔時間指標

風(fēng)電變流系統(tǒng)的可靠性試驗項目包括環(huán)境應(yīng)力篩選、可靠性研制試驗、可靠性增長試驗、可靠性鑒定試驗、可靠性驗收試驗、可靠性分析試驗和壽命試驗。根據(jù)上述實驗結(jié)果，綜合判定風(fēng)電變流系統(tǒng)的可靠性。

4 標準主要內(nèi)容的論據(jù)，解決的主要問題

該標準修訂主要目的是根據(jù)行業(yè)的發(fā)展和技術(shù)更新，逐步完善風(fēng)力發(fā)電機組變流器可靠性技術(shù)規(guī)范，提高變流器領(lǐng)域中涉及安全性和可靠性的能力，規(guī)范生產(chǎn)、配套和使用行為準則。

風(fēng)電變流器的應(yīng)用規(guī)模隨著風(fēng)力發(fā)電機組的裝機量的增多，應(yīng)用地域也隨之得到了極大擴展。然而在實際應(yīng)用中，變流器運行所暴露出的故障、器件質(zhì)量、設(shè)計質(zhì)量等問題也逐漸增多，并且隨著規(guī)模的增長，電網(wǎng)客戶側(cè)對于風(fēng)機整機，直至變流器本體，都提出了越來越高的要求。對于降低故障率，器件的可靠性提升方面，學(xué)術(shù)界也有專門研究。

該標準主要在產(chǎn)品技術(shù)開發(fā)應(yīng)用過程中，引入可靠性概念，從定義，指標，可靠性設(shè)計及可靠性驗證，可靠性試驗等角度，對具體產(chǎn)品設(shè)計提供指導(dǎo)。對常見的主要可靠性指標，如MTBF、MTTR、MTBI等做了明確的技術(shù)要求，對變流器的溫濕度適應(yīng)性及振動特性和壽命試驗等也提出了相應(yīng)要求。同時，對可靠性的分析方法，計算方法和可靠性試驗的方法也進行了規(guī)定。

5 結(jié)束語

提高變流器的可靠性是風(fēng)電行業(yè)亟待解決的重要問題。變流器在風(fēng)電機組整機成本中占比較低，但對機組運行可靠性影響最大。目前國內(nèi)風(fēng)電變流器可靠性研究還處于起步階段，在可靠性評估、壽命預(yù)測等方面的研究還不完善。NB/T 10929—2022標準是國內(nèi)首個關(guān)于風(fēng)電變流器可靠性的能源行業(yè)標準，給出了風(fēng)電變流器可靠性的主要技術(shù)指標，可作為機組制造商和風(fēng)電開發(fā)商評價變流器可靠性的重要依據(jù)。建議標準歸口標委會做好標準的實施宣貫，適時開展產(chǎn)業(yè)標準的應(yīng)用調(diào)研，進一步優(yōu)化標準相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)。