并网状态下发电机温度测量值波动解决方法探究

仝世伟，祝令帅

（1.许昌许继风电科技有限公司，河南 许昌 461000; 2.江苏中车电机有限公司，湖南 株洲 412001)

并网状态下发电机温度测量值波动解决方法探究

仝世伟1，祝令帅2

（1.许昌许继风电科技有限公司，河南 许昌 461000; 2.江苏中车电机有限公司，湖南 株洲 412001)

某风场中有多台风力发电机在并网后，所测三相绕组、轴承的温度在控制面板中的输出值产生了较大波动。通过对相应位置进行检测、分析，确定温度波动是由于并网后产生电磁干扰的影响。在 PLC程序模块中添加了一个滤波函数，对采集的温度数据进行了处理，得到了较为稳定的温度值输出。

风力发电机；并网；温度；波动；PLC；滤波函数

风力发电以其无污染和可再生性，日益受到人们的重视，近年来得到了很大的发展。目前并网型风力发电技术主要有双馈异步、永磁直驱、普通异步等三种技术。其中，双馈异步由于体积小、重量轻、配套变频器容量小、电能质量高等特点，已经成为目前风电场中的的主力机型之一，有着广阔的应用前景。

风力发电系统在运行过程中，要对各个主要部件的运行状态进行实时监控，以保证机组的运行性能和使用寿命。机组在运行时，需要对发电机的关键发热部位进行温度监测，一旦达到限制值，控制系统需要发出报警信号以进行降功率运行，甚至停机。控制系统做出相应的保护动作，从而可以保护机组的使用寿命。

本文针对某风场中发电机测温系统的故障进行了检测与分析，在 PLC程序模块上进行了优化，最终消除了故障。

1 发电机温度检测处理系统

某风场中风电机组对发电机U相绕组、V相绕组、W相绕组、驱动端轴承、非驱动端轴承实时温度的监测，是分别在发电机内部相应部件的最热位置处安装了两套热敏电阻元件。其中一套通过接线端子盒连接至监测系统，另外一套仅引至接线端子盒作为备用测试点。将所用元件从接线端子盒内端子排相应位置引出接至机舱柜中，与 PLC模块输入端口相连接。通过 PLC温度采集模块，将所测热敏电阻元件的电阻值转换为温度值，经过 A/D转换，将数据传输给 CPU模块，进行数据处理分析。CPU接收到温度数据后，对数据进行分析。一旦温度值等于或大于程序中设置的限制值，CPU将对相关部件做出相应的动作指令，以使机组进行降功率运行或者停机。最后，在控制柜的控制面板中显示出测温元件的实时温度值。

图1 为风电机组发电机温度监测处理系统简图。

图1 风电机组发电机温度监测处理系统简图

2 并网后发电机温度测量值波动问题的检测与分析

该风场多台风机并网后，所监测到的机组电气参数均正常，整个机组以及发电机的振动情况也在要求范围之内。但在控制柜的控制面板中所显示的三相绕组温度或轴承温度出现了较大的波动：1台发电机的轴承温度波动约在 4℃ /2s，2台发电机的绕组温度波动约在 10℃ /2s。这样在温度值接近报警值时会因为PLC模块输出温度值的波动而导致系统频繁发出故障报警，降低机组的运行效率，同时也不便于工作人员对系统的运行状态进行判断。在此故障中，温度波动的一大特点是并网前不波动，并网后即产生波动。因此，可以分析是机组在并网后的运行状态影响了发电机的测温系统。据此，可以从并网后机组产生的振动对测温系统的影响，以及并网后产生的电磁干扰对测温系统的影响来进行检测、分析。

2.1 并网后机组振动对测温系统的影响

在机组并网前后，分别对测温元件、接线盒内的端子排、PLC模块这三部分及连接的线缆分段进行了检查。通过对测温元件的安装及其连接线缆分别进行检查。确定了在并网前后各个位置的固定、连接状态均没有变化。据此，机组因为并网而产生的振动对测温系统的影响比较小，进而温度值由此产生波动的原因可以排除。

2.2 并网后机组电磁干扰对测温系统的影响

在并网前后分别对连接线缆的屏蔽层进行检测。测量线缆屏蔽层对地电阻为 0Ω，接地良好。发电机测温元件共有两套，且均接至接线端子盒内的端子排上。并网后在接线端子盒内对备用的一套测温元件进行了检测，使用工具 Fluke179欧姆档进行电阻测量，所测电阻值稳定，上下浮动小于 0.1Ω/5s。然后再将该套测温元件替换原有测温元件接至 PLC模块，并网运行后，控制面板上的监测温度值依旧波动较大。在上述对测温元件的电阻值测量时，所使用的工具Fluke179，对频率的响应范围有限，一旦有高频谐波电流通过时，并无法准确测量其真实值。另外，机组在并网前温度值并没有波动，在并网后即开始波动。因此，可以考虑为测温元件中受到并网后的电磁干扰而产生了谐波电流，从而影响了输出至 PLC模块的数值，但该影响不能在响应频率有限的 Fluke179中检测并反馈。

2.3 检测结果分析

通过以上检查、分析，可以得出结论：

（1）测温元件的安装牢固、完好，温度值波动不是因其安装而产生的。

（2）接线线缆屏蔽层接地良好，在线缆敷设过程中受到电磁干扰的可能性很小。

（3）机组并网后产生较强的谐波磁场，测温元件工作时受其影响，从而导致所监测的温度值产生了波动。

3 优化方案与结果

综上所述，所监测到的温度数值波动的原因为：在风机并网后产生的谐波磁场对测温系统产生了干扰，而 PLC模块中现有的滤波函数不能对其进行有效的过滤。基于以上结论，通过在PLC模块中再添加滤波函数，采集到由发电机传来的数据后，对测温系统中的谐波进行处理，之后得到较为稳定的数值提供给 CPU，CPU接收到温度数据后进行分析，做出报警、停机判断，并发出相应的控制指令。结果均在控制面板上显示。经过以上处理，机组再并网后发电机温度值基本不波动，波动值不大于 1℃ /2s。其中一台机组该问题处理前后的监控截图如图2、图3所示。

图2 某台风机发电机并网前后温度值曲线

图3 某台风机发电机并网后温度值曲线

4 结语

本文对某风场中风电机组并网后发电机温度测量值波动问题进行了检测、分析。确定测温系统受到并网后机组产生的谐波磁场干扰，从而使所测量温度值产生了波动。并相应提出了解决方案，即在 PLC模块中增加滤波函数。经过实践，在风力发电机并网运行后，问题得以解决。这为风电用发电机温度监测方案的选择提供了案例参考，也对风力发电机温度测量时的问题处理以及进一步的理论研究具有重要的参考价值。

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