双馈机组并网断路器故障原因分析及运维建议

王搏远

摘要：目前，我国风力发电系统的运行大都以双馈技术为主导。而对于双馈机组的并网来说，大都是断路器和接触器两种主要模式。机组在运行过程中，并网接触器和断路器都会产生一定的故障，本文对其故障产生的原因进行分析，并提出相应解决建议，以供诸位参考、评价。

关键词：双馈机组;并网;断路器;故障;运维

前言

风能作为一种洁净型可再生能源，已经被越来越多的人们所认可。但是，在风电发电双馈机组在运行过程中，其并网断路器会出现各种故障，需要通过技术手段对其进行解决，以此稳固风能发电的长效可持续性发展。

1双馈机组并网断路器故障原因分析

1.1接触器并网断路故障

1.1.1接触器铁芯吸和功能失效

通常来讲，对于双馈机组并网断路器来说，又可以细化分为接触器和断路器。接触器可以对正常电路条件下的电流进行分断、接通、承载，其特点在于机械开关电器的非手动操作。此外，它是一种控制用开关，可以用于电机的启动、停机控制，并可以实现频繁通断负载及远距离控制。此外，接触器的额定电流没有断路器大，包括接触器若想开断短路电流，需要与熔断器进行配合，通常来讲，就额定电流开断次数来说，接触器可以达到35万次以上，因此可以对其进行较为频繁的操作。具体来说，常见的接触器故障大体可以分为电磁系统故障和触头系统故障，接触器铁芯的吸和功能出现问题，这属于电磁系统的故障，由于接触器的工作线圈在频繁工作过程中存在过热问题，因此导致线圈烧损或者线圈中断，线路出现错误、动触点被卡住、衔铁机械部分失灵、卡槽卡住、辅助触动点松动等情况，这在一定程度上导致了接触器铁芯功能的失效。而且，弹簧压力不足等原因也都是导致接触器铁芯吸和功能失效的主要因素。

1.1.2接触器铁芯无法释放

在接触器工作的过程中，由于铁芯端面上存有一定的污垢，或者在剩磁的作用下，从而使得静铁芯和动铁芯出现了黏附的问题[1]。此外，非磁性墊片在直流电器中的损坏，也使得在衔铁闭合后，最小气隙还会在此基础上变小。在接触器线圈中有交流电通过后，会有相应感抗产生，而且，线圈中电流的大小与感抗的大小具有较强关联性。通常，线圈的感抗对于交流电磁铁来说，在铁芯没有闭合的情况下感抗较小，并且会有较大的电流通过，而这也是线圈在吸和时线圈的功率为最大的原因。因此，一旦交流接触器完成了吸合到吸持的转换后，由于线圈功耗大，再加上又处于长时间的工作，所以温度也会随之上升。一般而言，交流接触器的铁芯在工作较长时间后，其温度可以达到55℃以上，尤其在夏天高温的环境下，环境温度也有35℃以上，这样会使线圈的温度更高，这势必会加速接触器铁芯的老化情况，并使接触器铁芯的使用寿命缩短。而从另一个方面来讲，在通电线圈的周围有磁场的存在，但是铁芯又不是密闭的，因此会在铁芯接触的过程中出现漏磁的情况，就是人们通常所说的漩涡，而这也是铁芯发热的一个重要原因。

1.1.3接触器冒烟烧损

对于接触器冒烟烧损的问题来说，又分为触头系统故障和电磁系统故障、触头系统故障指的是由于触点过热而导致的灼伤;以及触点熔焊问题而出现的接触面融化。对于触点灼伤这种情况，大多是因为触点的容量不够，或者接触器启动的过于频繁，因此导致无法同步接触三相触点，再者，触点接触面的磨损，表面不平或者有杂质，都是造成触点过热灼烧的原因。此外，就触点熔焊问题来说，它指的是电弧在严重的情况下会产生高位，从而使得动静触头在接触面融化后较难分离。而造成这种现象的原因大体是由于负载侧短路、初压力减小、容量过小、触头弹簧损坏等。而对于电磁系统故障来说，指的是电源电压比线圈工作电压高或低，以及线圈绝缘老化或线圈匝间短路。

1.1.4接触器噪音过大

在交流接触器电磁系统的运行过程中，若是发出的声音较为微弱，则属于一种正常现象，但是，对于声音异常或者声音过大的情况，则说明电磁系统可能存在较大的故障。具体来说，接触器噪音过大其主要产生原因大体为，动静铁芯端面有污垢、歪斜、不平，或者交流接触器出现了震裂的情况。此外，由于铁芯与衔铁的接触不良而导致衔铁出现歪斜的情况。在铁芯与衔铁经过较多次的碰撞后，会使接触面出现变形或者磨损的情况，这都会使得在吸和的过程中有噪音和震动产生，进而导致铁芯有加速损坏的情况发生。此外，短路环损坏也是导致接触器噪音过大的一个原因，在交流接触器的运行过程中，多次碰撞铁芯后，在铁芯端面内嵌装的短路环会出现脱落或者断裂的情况，而在这一过程中，会使铁芯出现较为强烈的振动，并发出较大的噪音。而且，对于短路环的断裂问题来说，大都发生在槽口或者槽外的转角部分。再者，机械方面的因素也会产生噪音问题。触头因活动而产生的卡阻问题，或者触头过大的原因，都会导致铁芯和衔铁较难完全吸和，因此也会出现噪音和振动，

1.2断路器并网断路故障

1.2.1故障导致断路器跳闸

双馈机组并网断路器不仅可以对正常电路下的电流进行接通、分断、承载，也可以在非常规情况下，承载、接通、分断电流的一种机械电器开关。此外，还具有过载、短延时、瞬时保护以此实现短路和过载保护，是一种具有保护作用的开关。也就是说，断路器的主要作用在于，具有短路、过载以及欠电压保护功能，是一种可以对电源能力及线路进行保护的断路器。通常断路器还可以对相对较大的负荷以及更大的短路电流进行承受，并具有自动断路的功能，可以在双馈机组的用电设备及电力线路的断开、接通、自我保护中进行应用。风力发发电机组在设计过程中，就已经设定了并网断路器的保护定值，并且，对于其延时过载保护，具有较强的反时限功能。运行中的断路器发生跳闸后，除对断路器进行复位，对发电机相序、转速以及变流器进行检查外，还应对断路器整定值进行检查，测试其相间绝缘电阻、对地绝缘电阻。确保断路器运行状态良好。

1.2.2分析静态合闸及无法分闸原因

就并网断路器的不能分闸原因，以及静态合闸原因进行分析，会发现在并网断路器完成其储能功能后，储能杠上端会被合闸半轴上锁住。并且，在合闸线圈衔铁会形成一种冲击作用，并且使得撞击力在合闸半轴上进行传递，在储能弹簧传递过来的力与合闸摩擦因数相乘的数字没有撞击力大的情况下，会使得合闸出现半轴旋转的情况，直到其转到合闸半轴的缺口，会将储能弹簧的能力进行瞬间释放，从而使得动静触头机构出现合闸的现象。

1.2.3分析触头爆炸原因

通常来讲，在触头爆炸后，对其原因进行分析，发现其动触头的触点会呈现出熔化的状态，并且静触头的导弧板已经与触头形成了完全的融合，同时动触头的软连接也已经被烧断。此外，也发现触头室内有较多的灰尘堆积，而积灰问题可以使绝缘性降低，并且也使接触电阻偏大，而这些也都是触头爆炸的原因。

1.3华锐SL1500型风力发电机组并网断路器故障分析

1.3.1网侧接触器未正常脱开

故障原因通常为网侧接触器控制继电器粘连，导致网侧接触器A1口一直有230V供电。网侧接触器异常吸合，导致网侧滤波回路及变频器损坏，350A保险烧损。可将控制继电器更换为接触器，增加系统可靠性。

1.3.2定子接触器未正常脱开

在接触器未正常脱开，故障电流未达到690V断路器保护整定值的情况下，在过载保护整定值时间内存在故障扩大风险。造成此种情况的原因可能为接触器粘连或变频器故障未能断开接触器控制电源，故障扩大可能导致机舱发生火灾。SL1500型风机发电机额定功率1500kw，出口电压690VAC，额定电流约为1255A。塔基690VAC断路器设置过载保护保护电流整定值1468A，时间整定值27s。设置短延时保护保护电流整定值2696A，时间整定值0.3s。

为保证在发生此种情况时，PLC能够控制塔基 TBC110 柜断路器或箱变断路器断开迅速切断电源，可进行系统保护升级技术改造。技改后当 PLC 判断机舱300柜定子接触器应处于断开状态但定子接触器反馈信号在合位时，PLC能够控制新增继电器 K131.6及K131.7，使 TBC110 690VAC断路器及箱变断路器分闸。切断电源，控制故障范围，保证风电机组安全运行。

2双馈机组并网断路器运维建议

2.1接触器并网运维建议

2.1.1检查元件控制回路

就接触器并网运行中接触器铁芯的不能吸和问题而言，这是由于一旦电压过低就会导致接触器存在不断吸和断开的现象，因此需要对控制电路或者控制电源进行检查，并将电压调整至正常值。对于回路电源电压没有超出80%额定电压的情况，在電磁线圈通电后会使得电磁力变小，因此无法使动铁芯直接朝着静铁芯进行吸附，因此使得接触器的吸和出现不紧或者缓慢的情况，这时应对回路的电源电压进行控制，并将其调整到额定工作电压。具体来说，包括可动部分变形、生锈转轴、卡住等情况而使得接触器吸和出现异常，在处理过程中，需要将动静铁芯拆下，然后检查其功能，并适当将间隙调小，还应对支承杆和转轴进行清洗，必要的情况下，也可以对配件进行更换。而对于铁芯板面的不平整问题，包括沿着叠片厚度朝着外向扩张的情况，可以使用锉刀对其进行修整，必要时也需要对铁芯进行更换。而就短路环断裂的问题来说，可以更换同样尺寸的短路环。此外，还应对接触器线圈两端的电压进行检查，对于没有电压的情况，应对其回路进行检查，也可以将损坏的电气元器件进行更换。而对于由于外部原因引起的接触器故障，需要在对外部故障进行排查后，再对接触器或者线圈进行更换。

2.1.2检查接触器垫片及触头

接触器在双馈机组中的应用，具有便利远距离控制、操作简单、动作快速等优势，此外，还具有零电压和欠电压的保护作用。所以，对接触器的故障问题进行快速判断，是电工必修的一门技能[2]。对于铁芯端面存有污垢的情况，需要利用汽油将其进行清洗。而对于非磁性垫片在直流电磁中的损坏来说，应直接对接触器或者垫片进行更换。对接触器触头的检查应对接触器吸合后各相的导通电阻进行测试，测试电阻阻值小于300微欧为合格，如有一相测试结果超过该数值，应解体检查接触器主触头是否需打磨或更换。对三相中任意一相磨损厚度超过3mm、严重烧损或开焊脱落的触点进行更换。对轻微烧损的触点进行打磨处理。打磨或更换后的接触器动静触点在重装时应对准，三相应能够同时闭合。如三相触点动作不一致应调节触点弹簧使三相触点动作一致。接触器恢复后应对接触器相间绝缘电阻使用500V绝缘摇表进行测量，其相间阻值不应低于10兆欧。还需要对辅助触点进行检查，包括确保其安装是否到位，对于活动卡槽的模式问题，应对辅助触点进行更换。而就弹簧压力不足的问题来说，这会使得接触器的吸和出现不正常的问题。在弹簧反作用力较大的情况下，也会使得吸和变得缓慢。触头的释放压力与弹簧压力过大，会使得触头无法完全闭合。所以，可以对弹簧压力进行适当调整，或者对弹簧进行更换。

2.1.3更换与电压相符的线圈

对于接触器线圈的绝缘老化或者线圈匝间短路的情况，应对接触器或者线圈进行更换;而对于线圈的工作电源与电压不相符的情况，应对线圈进行更换，以此确保电源电压与工作电压相符。

2.1.4检查接触器噪音及振动

对于接触器噪音过大的问题来说，可以对铁芯的极面做抹平处理，也可以将线圈拆下并进行挫平处理;也可以利用汽油对油污进行清理。而对于铁芯断裂的问题来说，可以对其进行更换，还应紧固校正铁芯，避免歪斜现象。此外，对于短路环的断裂问题来说，应在对其进行维修的过程中，需要按照原样对其进行重新更换，或者焊接牢固断裂处，并对其进行加固处理，可以采用环氧树脂作为加固原料。并且，还应对触头的大小进行控制，并且保证衔铁和铁芯应完全吸和，以此对噪声和振动问题进行避免。对于铁芯端面上的油垢引起的振动问题，则应先将其进行拆卸处理后对其进行清洗[3]。

2.2并网断路器运维建议

2.2.1加强对断路器保护定值的检查

在机组整年期、半年期维护过程中对断路器保护定值进行核对，包括且不限于过载保护的保护电流、保护时间整定值，短延时保护的保护电流、保护时间整定值，瞬时保护的保护电流、保护时间整定值。

2.2.2对断路器进行定期检查

对于双馈机组并网断路器的运行来说，需要检修人员以断路器的使用情况为依据，对检查时间进行确定。正常情况下，应每年至少检查一次;对于经历过重负载后的断路器来说，也就是说负荷电流高于额定电流的情况下，应立即对其进行检查;而对于新安装的断路器，在其的分合闸超过一千次后，也需要检查机械分合闸性能、触头系统、灭弧室等。

2.2.3定期更换断路器触头系统

通常来讲，在开断、合闸的过程中，最容易别耗损的部件就是触头，并且，由于开合闸也会在电弧的作用下使触头出现磨损，并且，电弧的侵蚀也会使触头的接触面受伤，从而使触头的爆炸风险增加。此外，断路器触头的稳定性是有一定理论依据的，在动静触头闭合的一瞬间一旦电流经过就会使断路器产生霍姆力，也就是触头之间会形成一种斥力。

结语

可再生能源进行发展的重要性被世界上更多国家所重视。因此，风电发展行业近年来得到了较好的发展。但是，在双馈机组运行的过程中，会出现并网断路器发生故障的情况，所以，应通过有效的技术手段对这一问题进行避免。

参考文献

[1]王平.万能式断路器使用故障分析与处理[J].电工电气，2019（03）：42-45.

[2]任建柱.基于状态监测的断路器的检测与维护[J].数字技术与应用，2014（03）：196-197.

[3]黄继攀.真空断路器运行维护及故障分析[J].中国高新技术企业，2012（24）：83-85.

国华（齐齐哈尔）风电有限公司，黑龙江齐齐哈尔 161000