风力发电机组变流器的安全保护功能测试方法

夏冰

【摘 要】介绍了风力发电机组变流器各项安全保护功能，并将其作为出厂试验项目的测试方法，分析了各测试方法的原理。通过现场实际针对各项保护功能进行不同测试方法的验证，得出了其各项安全保护功能的有效性结论。该套测试方法基本实现了对变流器各项安全保护功能的验证，保证了产品的安全可靠性。

【关键词】风力发电机；变流器；安全保护；测试

引言

长期以来风力发电机组变流器的安全保护功能测试由于其测试方法较为复杂而且在测试过程中又极易损耗变流器的各相关元器件，因此各变流器供应商一直将其作为风机的型式试验要求来做而不作为出厂试验的测试要求。而型式试验只是在有试制的新产品或定型产品做重大改进时或产品质量遇到其它特殊情况时才做，而且一般也只测试一两台，其它相同型号的产品在出厂时就不再作为强制试验项目做出厂测试了。这样变流器安全保护方面的功能在平时的生产过程中就不易受重视，容易出现质量方面的问题，而变流器安全保护功能又恰恰是关系到风机变流器生命周期至关重要的一类保护功能。

一、风机变流器安全保护功能

风机变流器的安全保护功能根据其所保护的部位及类型的不同主要分为过温保护、过 流保护、开关与熔断器故障保护、缺相保护和相序错误保护、接地保护、发电机过速/欠速保护、直流环节过电压/欠电压保护和浪涌过电压及防雷电保护。

1.过温保护，其中包括绝缘栅双极晶体管IGBT模块散热器过温、输入电抗器过温和输出电抗器的过温保护。即当变流器某关键部位温度过高时其控制器发出报警信号或停机。

2.过流保护，为变流器控制器检测到网侧及转子侧过电流时，发出报警信号以及触发相应逻辑保护。

3.开关与熔断器故障保护，当主功率回路开关跳闸或主熔断器发生熔断故障时变流器控制器发出相应报警信息并触发相应逻辑保护的功能。

4.发电机过速/欠速保护，变流器通过发电机编码器传来发电机转速信号来判断其转速是否正常。当转速高于或低于一定的数值时即发出发电机过速或欠速报警信息并触发相应的保护逻辑。

（五）直流环节过电压/欠电压保护，当变流器控制器检测到直流母线电压超过或低于设定值时，即报出相应故障信息并触发相应保护逻辑。

二、风机变流器安全保护功能的测试方法

（一）过流保护过流保护包括网侧和转子侧过流保护

根据过电流采集信号的不同可分为两种情况：第一种是通过电流互感器进行模拟量的电流采样，这种较为简单，一般在测试程序中修改下调网侧及转子侧过流保护参数值，然后变流器启动运行，并网后给系统加载使网侧和转子侧电流上升至修改后的过流参数值，查看测试系统保护逻辑及故障信息是否准确即可（网侧和转子侧应分开测试）。第二种是通过数字量过电流传感器（比如霍尔元件）进行数字量过电流信号的采集。由于数字量过电流传感器的电流保护值是不能修改的，因此需通过并网加载加电流测试使过电流传感器置“1”的方式试验，显然这是一种带有一定破坏性的试验方法，容易损伤变流器的某些元器件，所以作为出厂测试一般可以省略并网加载环节，而采用直接断开连接过电流传感器信号线的方式测试，然后查看测试系统故障信息及保护逻辑动作是否准确即可。这种测试方法就是有不能验证过电流传感器本身是否符合要求的缺陷，但至少验证了过电流安全保护的其它所有功能，增加了该功能的出厂验证测试面，提高了可靠性。

（二）开关与熔断器故障保护

1.主功率回路开关故障安全保护功能测试：一般主功率回路开关的故障有触点烧毁、脱扣器损坏、操作机构损坏、过载线圈烧毁等等。当开关出现故障时，其自身会有一个数字量故障信号节点动作，此信号节点外接至变流器控制系统。为了安全的测试出此项的全部功能，主功率回路开关故障安全保护功能测试可分成两部分测试，即主功率回路开关故障测试部分和变流器控制系统响应部分。主功率回路开关故障可在变流器不通电的情况下测试，人为给主开关一个故障，然后用万用表电阻挡测量故障信号节点是否变化，变化为符合要求。变流器控制系统响应部分测试要先给变流器送控制电源，然后人为将连接主功率开关故障信号节点的信号线在主开关接线排上短接，待测试系统报出相应故障信息及触发相应保护逻辑即视为该安全保护功能测试通过。

2.熔断器故障安全保护功能测试：变流器主熔断器熔断后其辅助熔断器也跟着一起熔断并触发相應故障开关量节点（微动开关），变流器控制系统接收到此熔断器熔断故障节点信号反馈后报出相应故障信息并触发相应保护逻辑。由于主熔断器的额定电流值要比辅助熔断器大很多，只要目击检查若辅助熔断器熔断后其微动开关是否能随之触发即可。微动开关的检查可以人为拨动其微动挡块听其分合动作声音是否清脆，或者用万用表电阻挡测量其节点是否有通断状态即可。相应变流器控制系统响应部分的测试同样要先给变流器送上控制电源，然后人为拨动其微动开关的微动挡块，测试系统报出相应故障信息及触发相应保护逻辑即可视为此功能测试通过。

3.缺相保护及相序错误保护缺相安全保护功能测试及相序错误安全保护功能测试分为总网侧、定子侧及转子侧三个变流器主电路进出线位置的安全保护功能测试。

（1）总网侧进线缺相及相序错误安全保护功能测试：这个测试的方法较为简单，缺相保护测试是在总网侧送电之前先将其三相进线接成二相进线，在并网接触器及励磁接触器主触头未闭合的情况下给总网侧进线送电并合上主断后，给网侧送电变流器测试系统应立即报出相应故障信息并触发相应保护逻辑（按照A、B、C三相分别做一次测试）。相序错误保护测试则是在总网侧送电之前将三相网侧进线相序人为接反，然后在并网接触器及励磁接触器主触头未闭合的情况下给总网侧进线送电并合上主断后，变流器测试系统也应立即报出相应故障信息及触发相应保护逻辑，这样即可视为此项功能测试通过。

（2）定子侧及转子侧缺相及相序错误安全保护功能测试：这两个位置的测试需要分开测试，但测试方法基本相同。缺相安全保护测试首先将定子侧或转子侧三相出线改接成二相出线，然后按测试程序正常启动运行变流器，期间测试系统报出相应故障信息并触发相应保护逻辑即视为此功能测试通过（按照A、B、C三相分别做一次测试）；相序错误安全保护测试同样首先将定子侧或转子侧三相出线的相序接反，然后按测试程序正常启动运行变流器，期间测试系统报出相应故障信息并触发相应保护逻辑即视为此功能测试通过。

三、结束语

在设计风力发电机组的每一个部件时，设计工程师们考虑最多最全面的往往就是该部件自身及其对整个风机的安全保护功能方面的诸多要求。风机的安全性能也是各风电业主采购风机时的重要参考项目，其重要性不言而喻。通过上述对风电机组变流器系统各个安全保护功能测试方法的详细分析和描述，使读者基本了解了该安全保护功能测试方法的工作原理及将其作为出厂试验项目的必要性；同时对变流器系统本身及风电机组的其它工作系统的安全保护功能测试方法提供了一种新的思路，在其实际的出厂常规测试应用中亦具有一定的指导意义。

参考文献：

[1]毛亚红.通用变频器的保护功能及故障处理[J].变频器世界，2014（8）：118-121.