双馈异步风力发电机组定子三相电流不平衡原因分析

狄海龙，梁振飞，王波

(内蒙古华电辉腾锡勒风力发电有限公司，内蒙古 呼和浩特 010020)

0 引言

来自中国风能协会可再生能源专业委员会的数据显示，目前国内市场上近八成的风机为双馈异步风力发电机组。内蒙古华电辉腾锡勒风力发电有限公司管辖辉腾锡勒风电场和库伦风电场。其中，辉腾锡勒风电场安装歌美飒G52－850型风力发电机90台，华锐SL－1500型风力发电机30台;库伦风电场安装华锐SL－1500型风力发电机129台，南车WT1650型风力发电机5台，公司总装机容量为322.5 MW。库伦风电场134台风力发电机于2009年8月24日全部投入运营，由制造厂负责维护2年。近期有2台风力发电机组相继出现定子三相电流不平衡故障。

1 #62风力发电机组三相电流不平衡原因分析

内蒙古华电辉腾锡勒风力发电有限公司#62风力发电机设备参数见表1，箱式变压器主要参数见表2，机组变流器主要电气参数见表3，风力发电机系统图如图1所示。

2011－03－21，#62风力发电机组并网后，负荷加至50 kW时，维护人员发现定子三相电流不平衡，分别为:A相80 A，B相60 A，C相20 A。为查找原因继续增加负荷，负荷升至400 kW时，监控系统发“变频器故障”报警信号，变频器发“电网故障”报警信号后跳闸。维护单位分析后决定更换发电机。

2011－04－12，发电机更换完毕后，启动#62风力发电机组，发现故障依然存在。

2011－04－13，更换变频器，并网发现三相电流和三相电压均不平衡，AC相电压比其他2相最高电压高出40 V。

表1 #62风力发电机设备参数

表2 箱式变压器主要参数

表3 机组变流器主要电气参数

图1 风力发电机系统图

2011－04－14，维护单位分析后又更换了C相电流互感器，将其他2相的电流互感器重新紧固，用摇表测量电流互感器阻值都为0.5 Ω。查看定子接线良好，定子接触器没有虚接打火的现象，用绝缘测试仪测量定子三相对地绝缘值都为0.6 MΩ，相间都超过1.0 MΩ，送电后启动风力发电机，发现电流还是不平衡。

2011－04－15，继续查找原因。

(1)风力发电机静止时，合转子接触器，测得的定子三相电压见表4。

表4 风力发电机静止时，合转子接触器时的定子三相电压 V

(2)当发电机转速为1 350 r/min时，合转子接触器，变频器设定负载为0，测得的定子三相电压见表5。

表5 发电机转速为1350 r/min，合转子接触器时的定子三相电压 V

(3)当发电机转速为1 350 r/min时，合定子接触器，变频器设定负载为0，测得的定子三相电压见表6。

(4)当发电机转速为1 350 r/min时，合定子接触器，变频器设定负载为0，测得的定子三相对地电压见表7。

表6 发电机转速为1350 r/min，合定子接触器时的定子三相电压 V

表7 发电机转速为1350 r/min，合定子接触器时的定子三相对地电压 V

(5)当发电机转速为1350r/min，变频器设定负载为25%，50%，100%额定负载时，测得的定子三相电压见表8。

表8 发电机转速为1350 r/min，变频器设定不同负载时的定子三相电压 V

(6)将变频柜的防雷器接地断开，同时把机侧的滤波电路B相和C相对调，并网后电流不平衡的情况没有变化。

通过上述试验可以判断:发电机、变频柜防雷器、滤波电路均正常。

2011－04－28，将箱式变压器低压侧停电，合定子接触器，用直流电阻测试仪测得定子三相直流电阻值为:RAC=2.106 mΩ，RAB=2.087 mΩ，RBC=2.099 mΩ;对地直流电阻值为:RA0=1.256 mΩ，RB0=1.246 mΩ，RC0=1.249 mΩ;箱式变压器低压侧三相直流电阻值为 RAC=2.185 mΩ，RAB=2.157 mΩ，RBC=2.165mΩ，由此断定发电机定子出线电缆和箱式变压器低压侧均无异常。

2011－05－02，利用无风的机会，将35 kV线路停电，测得箱式变压器高压侧直流电阻值为:RAB=11 Ω，RBC=11 Ω，RAC=22 Ω，由此判断箱式变压器高压侧AC相绕组开路。进一步解体箱式变压器进行检查，发现分接开关C相有5根线的线鼻子处脱开或绝缘损坏(如图2所示)。处理后，#62风力发电机组工作正常。

图2 分接开关C相线鼻子处脱开或绝缘损坏

2 #41风力发电机组定子三相电流不平衡原因分析

2011－05－09，#41风力发电机组启动后出现三相电流不平衡的故障，内蒙古华电辉腾锡勒风力发电有限公司技术人员与制造厂维护人员分析后进行了电桥试验。

按下急停按钮，进入可编程控制器(PLC)服务模式。拆开转子接线，使转子与集电环分开。先用1000 V绝缘测试仪测量转子三相绝缘均在3 GΩ以上，判定合格。

用电阻测试仪测量转子三相阻值分别为0.028，0.025 和 0.024 Ω。

按制造厂要求计算三相阻值的不平衡度:［(阻值最大值－阻值最小值)/3个阻值的平均值］×100%= ［(0.028 － 0.024)/0.02567］× 100%=15.6% ＞2.0%(制造厂给定的限值)。判定转子三相阻值不平衡。

更换发电机后#41发电机运行正常。

3 结论

风电属于清洁能源，国家对风力发电大力扶持，使得风力发电企业和风电装备制造企业飞速发展。由于企业技术人员经验不足、对引进技术的消化吸收不充分、适应我国环境的质量标准缺乏、生产环节质量控制不严格和运行维护不到位等诸多原因，造成风力发电设备主要部件(发电机、齿轮箱、变频器、轮毂、叶片)故障率偏高。以华电辉腾锡勒风电公司为例，辉腾锡勒风场2010年更换发电机7台、齿轮箱4台，2011年1月至4月更换变频器22台;库伦风电场2010年更换发电机14台、齿轮箱3台，2011年1月至4月更换变频器29台。变频器按每台20万元成本价估算，维护成本就达1 000万元之多。故障率偏高、维护成本巨大将严重影响风力发电企业的生存，使得设备迟迟不能退出质保期，风电装备制造企业大量的质保金被扣押，影响其发展。

综上所述，风电装备制造企业应着眼于长远利益，高度关注设备质量控制，通过分析既往发生的故障，制订改进措施，降低设备故障率。