关于某风电场风机变流器故障处理分析

宋海平

摘 要：随着近些年来我国科学技术的不断进步和城市发展的迫切需要，对于电能的需求与日俱增，传统的化石能源所提供的电能已经无法满足城市发展需要，而且对于化石能源所提供的电能所造成的环境污染问题，也始终没有得到较好的解决。在这样的现实情况下，近几年来我国结合相应技术大力发展风电，在我国多个省份，已经有大规模的风电网络投产。虽然近几年来我国大幅度提升了对风能发电的研究力度，但事实上我国进行风电实践的时间并不短，最早一批投入生产的风电场，在目前已经临近质保期，各大业主在日常运营过程中，需要面对风电场机组出现质保问题，以及后期进行相应维护改造升级的情况。文章会从实际出发，列举某一实际案例，帮助读者更好的了解风电机组变电器故障的类型、原因分析、后续的解决方案。

关键词：风电机组；变流器；升级

中图分类号：TM614 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）35-0129-02

Abstract： With the continuous progress of science and technology and the urgent need of urban development in recent years， the demand for electric energy is increasing day by day. The traditional fossil energy has been unable to meet the needs of urban development. Moreover， the environmental pollution problem caused by the electricity provided by fossil energy has not been solved. In such a reality， in recent years， our country combined with the corresponding technology to develop wind power vigorously， in many provinces of our country， large-scale wind power network has been put into production. Although in recent years， China has greatly enhanced the research on wind power generation， but in fact， the practice of wind power in China is not a short time， the first batch of wind farms put into production has been approaching the warranty period at present. Major owners in the daily operation process， they need to face the wind farm units quality assurance problems， as well as the corresponding maintenance and upgrading of the latter part of the situation. The paper will proceed from the actual construction， enumerating a practical case， to help readers better understand the type of wind turbine transformer fault， cause analysis， and follow-up solutions.

Keywords： wind turbine； converter； upgrade

1 設备简介

该台机组为明阳风电公司的MY1.5s型风机，和其他同类型机械相比，该机型最大的特点就是其具有77.1m大直径风轮，风轮设计转速范围为9.7～19.5rpm，额定转速为17.4rpm，扫风面积为4638m2，额定风速11.3m/s，切入风速3m/s，切出风速25m/s。塔筒底部直径4.2m，设计寿命为20年。其中变频器采用ABB公司的ACS800双馈型风力发电机组变频器，变频器主要组成是：无源Crowbar、转子侧变流器、直流桥、网侧变流器、LCL滤波器、du/dt滤波器、传动单元主接触器和充电电路等。从整体性能来分析，该机型能够适应大多数使用场景，且在设计过程中，考虑到在实际的使用过程中工作人员需要定期对其进行检查维修，所以在机型内部的相应控制较大，方便后续工作的进行。

2 故障现象描述

自2013年4月起，当该机组处于小风时段（平均风速为2-5m/s）时，风机后台监控系统频繁报出“变频器主断路器功能性故障”，经现场人员检查发现变频器主断路器复位按钮弹出，经手动复位后机组处于正常状态；机组复位后在大风时段风机可以正常并网，小风时段则风机正常并网几率较小。经现场人员在11#风机多次观察发现，在小风时段机组并网后变频器主断路器频繁脱网并网。故障起始及完成时间：2013年04月01日-2014年06月17日。

3 故障处理过程及处理方法

3.1 风场现场维护人员处理情况

故障原因分析：

经过资料查找及分析，变频器功能性故障主要是主断路器功能性故障，根据现场处理情况，一般为断路器过流保护动作；主断路器的电流互感器线路虚接也有可能导致此故障的出现。

3.2 故障处理过程

工作人员首先要解决的问题是确定出现故障的区域和原因，结合相应的知识储备和过往的工作经验，工作人员初步判断造成断路器过流保护动作导致的，为了佐证之前的判断，工作人员进行了更加细致的检查，通过对现场实际情况和工作流程进行调查，判断该状态主要为断路器过流保护动作导致。同时也存在一部分主断路器的电流互感线路虚接的情况。上述两个原因共同导致了设备在运转过程中频繁出现脱网并网的情况。

3.3 相应处理措施

3.3.1 在故障排除过程中，工作人员进行了以下两个实验，分别为变频器充电实验和零速实验，这两个实验开展的目的是帮助工作人员判断及其内部的元件是否处于正常的工作状态，如果在实验过程中判断内部元器件出现问题，应首先对内部元器件进行更换。在此次试验过程中，变频器充电电压值符合充电电压设定的正常波动范围，各相关波形在零速运行时，能够同步表明变频器控制及驱动模块能够正常运转。在两个实验中，工作人员都未发现异常情况，证明其内部元器件不存在问题，是由于外部原因所造成设备无法正常运转。

3.3.2 工作人员对闸线圈进行了检测和更换。在一般情况下，当并网开关欠压线圈或者合闸线圈自身出现问题时，并网开关无法在合闸信号的指引下进行正常的并网工作，分合闸信号线路的松动也可能导致并网开关在收到相关指令后不进行具体操作。在工作人员的检查过程中发现原有的线圈一切物理性质属正常情况，为了进一步提高判断精度，工作人员又对线圈进行了更换，而后进行的检测结果与原线圈数量一致，表明原始线圈确实没有故障。

3.3.3 更换变频器传动控制单元NDCU-33C，因为在某些情况下会出现由于控制器异常导致该故障的出现，工作人员对相应的元器件进行了更换之后，经过检查发现原来的故障仍未消除，所以问题不是出在这个方面。

3.3.4 工作人员不能更换了变频器传动控制电源RDCU-02CDD，控制器异常可能导致该故障，更换后，该故障仍未消除。

3.3.5 更换两个主断路器，并网开关内部电路及机械故障可能导致并网开关问题，现场人员两次将邻近机组40kg左右的主断路器用人力将其抬上11#风机变频器平台与其更换，更换后该故障仍未消除。

3.3.6 更换发电机编码器，编码器异常可能会导致变频器控制错误引起变频器过流，更换后，故障仍未消除。

3.3.7 更换变流器网侧功率模块，功率模块内部原因可能导致该变频器过流及其它异常情况，现场人员将邻近机组100kg左右的网侧功率模块用人力将其抬上11#风机变频器平台与其更换，更换后该故障仍未消除。

3.3.8 更换Crowbar，Crowbar异常可能引起变频器过流，更换后该故障仍未消除。

3.3.9 風机厂家专业人员及ABB变频器厂家专业人员检查及处理情况：

2013年6月份风机厂家专业人员及ABB变频器厂家专业人员针对变频器频繁出现的问题进行了全面的检查及处理，在对11#风机的检查及处理过程中未发现明显异常情况，专业技术人员尚未提出故障处理建议，该故障处理未完成。

4 最终处理情况

由于设备在运转过程中出现的故障情况，一直没有被解决，已严重影响到正常的生产过程，工作人员通过多方查询，并与专业人员进行交流沟通，企业在近期又组织了专业人员对于故障进行专项处理。工作人员首先对于风机变频器进行了一次全面的检查，在此次检查过程中，工作人员发现Crowbar内晶闸管V11异常，立即对V11进行了更换并且进行了测试，但是故障情况仍未消除；经过检修班组多次分析及现场处理，最终于6月16日至6月17日现场维护人员在检修主管的带领下对该问题进行了技术攻坚，现场发现发电机编码器与变频器的接线混乱、线路中间断线，屏蔽线未接好，ISU＼INU内部测量模块损坏，变频器在低功率运行过程中可能对编码器与变频器的连接线产生了相应频率的电磁干扰发电机转速信号与ISU、INU测量模块损坏测量误差；最后整理了变频器与发电机编码器的连接线及屏蔽线，更换了发电机编码器，更换测量模块重新调试安装ISU、INU，机组恢复正常运行，自设备维修至今，未再收到类型故障的报告情况。

5 结束语

结合此前的工作经验，在未来关于风机变流器的维修保养过程中工作人员新增的部分工作内容，具体为：检查风机相关信号线的屏蔽线的紧固情况，在进行接线时，要安排专业人员分区域进行，以防止人手过多造成的现场混乱情况对于接线工作造成影响，并且在接线工作完成后，需要安排专业人员对于接线作业质量进行检查，发现问题要及时进行整理。

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