金風(fēng)1500 kW機(jī)組變流器故障分析及改進(jìn)

王有發(fā)

摘 要：針對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)濾波電容進(jìn)行分析，從網(wǎng)側(cè)濾波電容的安裝、控制和內(nèi)部結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行研究，提出需要通過改良安裝工藝、更換網(wǎng)側(cè)濾波電容型號來解決變流系統(tǒng)故障根源問題。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組；變流系統(tǒng)；濾波電容；控制器

中圖分類號：TM315 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.03.115

北京京能新能源有限公司旗桿風(fēng)電場（以下簡稱“旗桿風(fēng)電場”）位于內(nèi)蒙古赤峰市翁牛特旗境內(nèi)，一期的裝機(jī)容量為49.5 MW，安裝新疆金風(fēng)科技股份有限公司生產(chǎn)的GW87/1500直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組33臺，于2012-03-16全部并網(wǎng)發(fā)電。風(fēng)電場并網(wǎng)運(yùn)行近1年時間，機(jī)組常報變流系統(tǒng)故障，降低了風(fēng)機(jī)的可利用率，給風(fēng)電場造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失。

變流器采用了IGBT整流的方式把發(fā)電機(jī)發(fā)出的電整流變?yōu)橹绷麟?，通過網(wǎng)側(cè)逆變模塊把直流電變成工頻交流電并入電網(wǎng)。

網(wǎng)側(cè)和發(fā)電機(jī)側(cè)各有獨(dú)立的控制器，以網(wǎng)側(cè)控制器為主控制器，其他控制器為子控制器。如果機(jī)組發(fā)生了變流系統(tǒng)故障，將造成風(fēng)機(jī)停機(jī)，減少風(fēng)電場的經(jīng)濟(jì)效益，因此，風(fēng)電場要對此故障進(jìn)行分析和解決。

1 變流系統(tǒng)工作原理

變流器工作原理如圖1所示，1U1為網(wǎng)側(cè)逆變功率模塊，2U1和3U1為發(fā)電機(jī)側(cè)整流功率模塊，4U1為制動功率模塊。

網(wǎng)側(cè)逆變功率模塊1U1的作用是將直流母線上的電能轉(zhuǎn)換成為電網(wǎng)能夠接受的形式，并傳送到電網(wǎng)上；而發(fā)電機(jī)側(cè)整流功率模塊2U1和3U1則是將發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能轉(zhuǎn)換成為直流電能傳送到直流母線上；制動功率模塊4U1則是在某種原因使得直流母線上的電能無法正常向電網(wǎng)傳遞或直流母線電壓過高時，將多余的電能在電阻4R1和5R1上通過發(fā)熱消耗掉，以免直流母線電壓過高造成器件的損壞。

2 故障情況

2.1 故障統(tǒng)計

為全面了解2012年度金風(fēng)1.5 MW風(fēng)電機(jī)組變流系統(tǒng)故障現(xiàn)狀，從后臺監(jiān)控SCADA數(shù)據(jù)庫中調(diào)取了2012-03—12變流

系統(tǒng)故障相關(guān)數(shù)據(jù)。從數(shù)據(jù)可以得出，2012-03—12風(fēng)電機(jī)組變流系統(tǒng)故障共發(fā)生29次，月平均2.9次，相對故障率較高。其中，“網(wǎng)側(cè)濾波電容故障”和“溫度低”特別突出，冬季故障率比夏季故障率高很多。

2.2 故障分析處理

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)側(cè)濾波大電容額定電壓為780 V，額定容量為68 μF，每相三個并聯(lián)按角形連接。網(wǎng)側(cè)噪聲小電容額定電壓為400 V，額定容量為9 μF，每相一個按星形連接。網(wǎng)側(cè)濾波大電容額定電壓低，容易損壞，導(dǎo)致變流器故障。

現(xiàn)有變流器分為網(wǎng)側(cè)變流器1U1，機(jī)側(cè)變流器2U1、3U1，分別安裝在三個柜子當(dāng)中，其中，1U1所在的柜子是主控柜，集中控制1U1、2U1、3U1。主控柜中配有一臺風(fēng)機(jī)，配合冷卻水的溫度來平衡柜內(nèi)溫度，其他兩個柜子中無任何加熱裝置。我風(fēng)電場地處內(nèi)蒙古西部，冬季平均氣溫-26.7 ℃，最低氣溫可達(dá)到-35.6 ℃。在低溫情況下，三個變流柜內(nèi)的溫度與環(huán)境溫度一樣，變流器無法在低氣溫狀態(tài)下正常工作，因此冬季變流器的故障率較高。

由于水冷系統(tǒng)缺水、漏水等原因，造成變流器不能得到及時散熱，從而使風(fēng)機(jī)產(chǎn)生故障。另外，電網(wǎng)波動時會影響變流器的正常工作。

2.3 故障反饋出的問題及改進(jìn)方法

經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查、分析，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)濾波電容器額定電壓選擇存在缺陷，為此，我場及時聯(lián)系廠家技術(shù)人員，要求重新設(shè)計網(wǎng)側(cè)濾波電容器，從而解決該故障問題。

重新選用電容器，現(xiàn)用的為網(wǎng)側(cè)濾波大電容額定電壓780 V、額定容量68 μF，每相三個并聯(lián)按角形連接；網(wǎng)側(cè)噪聲小電容額定電壓400 V、額定容量9 μF，每相一個按星形連接。經(jīng)過技術(shù)論證，重新選用的電容器為網(wǎng)側(cè)濾波大電容額定電壓850 V、額定容量68 μF，每相三個并聯(lián)按角形連接；網(wǎng)側(cè)噪聲小電容額定電壓575 V、額定容量4.7 μF，每相兩個并聯(lián)按星形連接。

3 結(jié)束語

通過對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)電容問題進(jìn)行分析，得出變流系統(tǒng)故障主要是由網(wǎng)側(cè)濾波電容器額定電壓選擇存在缺陷造成的。變流系統(tǒng)決定著風(fēng)電機(jī)組的正常并網(wǎng)，是風(fēng)電機(jī)組的核心部件。只有保障變流器的正常、穩(wěn)定工作，風(fēng)電機(jī)組才能源源不斷地發(fā)出電能，為風(fēng)電場創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]吳努斌，蹇浪.大功率風(fēng)機(jī)變流器冷卻系統(tǒng)的計算與應(yīng)用[J].電子質(zhì)量，2012（03）.

〔編輯：王霞〕