1.5MW三相电流不平衡故障分析

黄广义

【摘 要】在风力发电机组中，变流器电流直接或间接地反应了机组功率、扭矩的大小，同时三相电流之间相互关系也反映了机组的状态，因此三相电流的监测对于机组是至关重要的。论文主要阐述对三相电流不平衡故障的分析和处理过程，并对该故障做了简单总结。

【Abstract】In the wind generating set， the current of converter directly or indirectly reflects the power and torque of the unit， meanwhile， the relationship between three-phase alternating current also reflects the state of the unit， therefore， the monitoring of three-phase alternating current is very important for the unit. The paper mainly expounds the analysis and treatment of the imbalance fault of three-phase alternating current， and makes a simple summary of the fault.

【关键词】电流互感器；三相电流；电流检测

【Keywords】current transformer； three-phase alternating current； current detection

【中图分类号】TM46 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2018）09-0166-02

1 机组信息

机组配置： 87/1500kW 自主变流 VENSYS变桨 高澜水冷

故障时间：2014年2月4日

故障机位： FD2-41

故障风速：9.29 m/s

环境温度：3.5 ℃

2 故障现象描述

2014年2月4日辽宁北票中电投台吉营项目41号机组出现三相电流不平衡故障。现场人员到达机位后发现故障灯亮起，检查线路主回路未发现异常，电流互感器外观完好，复位后机组故障消除，机组可正常运行，但是观察三相电流发现B相电流值始终比A相和C相小20%左右，当功率达到1500kW以后机组报出故障。故障F文件如下图1所示。

3 故障原因分析

通过查阅资料可知，三相电流不平衡故障解释为：三相电流之间差值的绝对值的最大值大于有功功率乘以系数0.05后加上系数150的和，持续1秒钟，风机报此故障。执行快速停机过程，可以自动复位。

由此可以看出机组故障确实存在电流不平衡，那么就要对该问题进行如下分析：①通过面板和故障文件分析具体哪一相电流造成故障报出。②结合变流实时数据进一步判断该相电流出现偏差来源，是测量回路出现问题，还是该相电流本身偏低。 ③如果是测量回路出现问题导致电流偏低，需要再进一步判断是器件问题，还是此回路接线问题。④如果是三相电流本身确实存在偏低现象，再进一步判断是变流器系统内部问题，还是变流系统之外问题。

基于以上想法，出现该故障原因主要有：①网侧动力电缆出现虚接或短路。如果网侧动力电缆出现虚接或短路直接造成该相电流偏大，同时还可能出现打火现象。虚接或短路问题可直接通过观察即可排除。②变流器内部出现问题。如果变流器内部出现问题，在逆变过程中可能会造成某项逆变失败，电流偏低现象。判断变流器是否有问题可以利用变流器软件对变流器出口电流进行在线监测，观察其是否出现不平衡现象。③检测回路线路出现虚接或短路。电流检测回路主要如下图2所示，具体为从电流互感器开始连接到变流柜内1×4端子排，再经过一条4×1.5的7米电缆从变流柜连接到主控柜内，进入端子排×16.1后再进入电能表。因此通过检测该段线路和测量通断即可判断问题所在。④电流互感器。电流互感器原理是依据电磁感应原理的，由闭合的铁心和绕组组成。它的一次绕组匝数很少，串在需要测量的电流的线路中，二次绕组匝数比较多，串接在测量仪表和保护回路中，电流互感器在工作时，它的二次回路始终是闭合的，因此测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小，电流互感器的工作状态接近短路。因此，电流互感器一二次线圈出现问题有可能造成测量值不正常。检查电流互感器是否损坏通常可以通过测量二次回路的内阻或者调换方法。⑤检测元件PAC3200出现问题。

4 故障处理过程

于是，现场人员对41#机组进行一一排查，具体过程如下。

首先，通过故障B文件对三相电流作图如下图3所示，可以看出三相电流发现B相电流始终比其他两相偏小，功率越高偏差值越大。初步判断为B相电流应该为故障线路。

为了进一步确定B相电流出现偏差是测量回路出现问题导致，还是该相电流本身偏低导致故障报出，可以通过金风自主变流就地监控软件对变流器网侧单元出口电流进行在线监测，数据如图4所示。

结合上图可以发现ABC三相电流值相差无几，均在正常范围内波动。因此，可以判斷该故障是由于电流检测回路出现问题导致的。

然后，现场人员对检测回路进行一一排查，当排查到变流柜到主控柜连接电缆时发现两端接口处都出现了明显的老化现象，如图5所示。面对该现象现场人员分析可能是由于电缆老化造成电缆出现内阻增大可能，导致电流互感器传送信号衰减，进而造成三相电流出现偏差[1]。于是对连接电缆进行了更换，但是更换完毕后电流偏差仍然存在，故障仍未彻底消除。

最后，对B相和C相电流互感器进行了调换，发现故障现象转移，因此可以最终判定为电流互感器出现损坏造成此故障，更换后机组恢复正常。

5 结语

此次故障最终是由于电流互感器损坏，导致三相电流检测出现偏差，进而导致故障发生。由于机组电流互感器拆卸极其烦琐，并且动力电缆上下又无法使用钳形电流表，所以只能通过由简到繁的排除法对其进行一一排查，最终找出故障点。同时，在处理故障过程中要充分利用手中的便利条件进一步分析，如本文中利用变流软件确认变流器输出电流正常。此外，这种思路同样可以延伸到电压互感器方面问题以及变压器问题等等。经过这次故障的处理对机组故障分析有了很大的进步。

【参考文献】

【1】郑薇. 低压三相不平衡调相装置的研究与设计[D].淄博：山东理工大学，2017.