風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器的安全保護(hù)功能測試方法

夏冰

【摘 要】介紹了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器各項(xiàng)安全保護(hù)功能，并將其作為出廠試驗(yàn)項(xiàng)目的測試方法，分析了各測試方法的原理。通過現(xiàn)場實(shí)際針對各項(xiàng)保護(hù)功能進(jìn)行不同測試方法的驗(yàn)證，得出了其各項(xiàng)安全保護(hù)功能的有效性結(jié)論。該套測試方法基本實(shí)現(xiàn)了對變流器各項(xiàng)安全保護(hù)功能的驗(yàn)證，保證了產(chǎn)品的安全可靠性。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)力發(fā)電機(jī)；變流器；安全保護(hù)；測試

引言

長期以來風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器的安全保護(hù)功能測試由于其測試方法較為復(fù)雜而且在測試過程中又極易損耗變流器的各相關(guān)元器件，因此各變流器供應(yīng)商一直將其作為風(fēng)機(jī)的型式試驗(yàn)要求來做而不作為出廠試驗(yàn)的測試要求。而型式試驗(yàn)只是在有試制的新產(chǎn)品或定型產(chǎn)品做重大改進(jìn)時(shí)或產(chǎn)品質(zhì)量遇到其它特殊情況時(shí)才做，而且一般也只測試一兩臺，其它相同型號的產(chǎn)品在出廠時(shí)就不再作為強(qiáng)制試驗(yàn)項(xiàng)目做出廠測試了。這樣變流器安全保護(hù)方面的功能在平時(shí)的生產(chǎn)過程中就不易受重視，容易出現(xiàn)質(zhì)量方面的問題，而變流器安全保護(hù)功能又恰恰是關(guān)系到風(fēng)機(jī)變流器生命周期至關(guān)重要的一類保護(hù)功能。

一、風(fēng)機(jī)變流器安全保護(hù)功能

風(fēng)機(jī)變流器的安全保護(hù)功能根據(jù)其所保護(hù)的部位及類型的不同主要分為過溫保護(hù)、過 流保護(hù)、開關(guān)與熔斷器故障保護(hù)、缺相保護(hù)和相序錯(cuò)誤保護(hù)、接地保護(hù)、發(fā)電機(jī)過速/欠速保護(hù)、直流環(huán)節(jié)過電壓/欠電壓保護(hù)和浪涌過電壓及防雷電保護(hù)。

1.過溫保護(hù)，其中包括絕緣柵雙極晶體管IGBT模塊散熱器過溫、輸入電抗器過溫和輸出電抗器的過溫保護(hù)。即當(dāng)變流器某關(guān)鍵部位溫度過高時(shí)其控制器發(fā)出報(bào)警信號或停機(jī)。

2.過流保護(hù)，為變流器控制器檢測到網(wǎng)側(cè)及轉(zhuǎn)子側(cè)過電流時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號以及觸發(fā)相應(yīng)邏輯保護(hù)。

3.開關(guān)與熔斷器故障保護(hù)，當(dāng)主功率回路開關(guān)跳閘或主熔斷器發(fā)生熔斷故障時(shí)變流器控制器發(fā)出相應(yīng)報(bào)警信息并觸發(fā)相應(yīng)邏輯保護(hù)的功能。

4.發(fā)電機(jī)過速/欠速保護(hù)，變流器通過發(fā)電機(jī)編碼器傳來發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號來判斷其轉(zhuǎn)速是否正常。當(dāng)轉(zhuǎn)速高于或低于一定的數(shù)值時(shí)即發(fā)出發(fā)電機(jī)過速或欠速報(bào)警信息并觸發(fā)相應(yīng)的保護(hù)邏輯。

（五）直流環(huán)節(jié)過電壓/欠電壓保護(hù)，當(dāng)變流器控制器檢測到直流母線電壓超過或低于設(shè)定值時(shí)，即報(bào)出相應(yīng)故障信息并觸發(fā)相應(yīng)保護(hù)邏輯。

二、風(fēng)機(jī)變流器安全保護(hù)功能的測試方法

（一）過流保護(hù)過流保護(hù)包括網(wǎng)側(cè)和轉(zhuǎn)子側(cè)過流保護(hù)

根據(jù)過電流采集信號的不同可分為兩種情況：第一種是通過電流互感器進(jìn)行模擬量的電流采樣，這種較為簡單，一般在測試程序中修改下調(diào)網(wǎng)側(cè)及轉(zhuǎn)子側(cè)過流保護(hù)參數(shù)值，然后變流器啟動運(yùn)行，并網(wǎng)后給系統(tǒng)加載使網(wǎng)側(cè)和轉(zhuǎn)子側(cè)電流上升至修改后的過流參數(shù)值，查看測試系統(tǒng)保護(hù)邏輯及故障信息是否準(zhǔn)確即可（網(wǎng)側(cè)和轉(zhuǎn)子側(cè)應(yīng)分開測試）。第二種是通過數(shù)字量過電流傳感器（比如霍爾元件）進(jìn)行數(shù)字量過電流信號的采集。由于數(shù)字量過電流傳感器的電流保護(hù)值是不能修改的，因此需通過并網(wǎng)加載加電流測試使過電流傳感器置“1”的方式試驗(yàn)，顯然這是一種帶有一定破壞性的試驗(yàn)方法，容易損傷變流器的某些元器件，所以作為出廠測試一般可以省略并網(wǎng)加載環(huán)節(jié)，而采用直接斷開連接過電流傳感器信號線的方式測試，然后查看測試系統(tǒng)故障信息及保護(hù)邏輯動作是否準(zhǔn)確即可。這種測試方法就是有不能驗(yàn)證過電流傳感器本身是否符合要求的缺陷，但至少驗(yàn)證了過電流安全保護(hù)的其它所有功能，增加了該功能的出廠驗(yàn)證測試面，提高了可靠性。

（二）開關(guān)與熔斷器故障保護(hù)

1.主功率回路開關(guān)故障安全保護(hù)功能測試：一般主功率回路開關(guān)的故障有觸點(diǎn)燒毀、脫扣器損壞、操作機(jī)構(gòu)損壞、過載線圈燒毀等等。當(dāng)開關(guān)出現(xiàn)故障時(shí)，其自身會有一個(gè)數(shù)字量故障信號節(jié)點(diǎn)動作，此信號節(jié)點(diǎn)外接至變流器控制系統(tǒng)。為了安全的測試出此項(xiàng)的全部功能，主功率回路開關(guān)故障安全保護(hù)功能測試可分成兩部分測試，即主功率回路開關(guān)故障測試部分和變流器控制系統(tǒng)響應(yīng)部分。主功率回路開關(guān)故障可在變流器不通電的情況下測試，人為給主開關(guān)一個(gè)故障，然后用萬用表電阻擋測量故障信號節(jié)點(diǎn)是否變化，變化為符合要求。變流器控制系統(tǒng)響應(yīng)部分測試要先給變流器送控制電源，然后人為將連接主功率開關(guān)故障信號節(jié)點(diǎn)的信號線在主開關(guān)接線排上短接，待測試系統(tǒng)報(bào)出相應(yīng)故障信息及觸發(fā)相應(yīng)保護(hù)邏輯即視為該安全保護(hù)功能測試通過。

2.熔斷器故障安全保護(hù)功能測試：變流器主熔斷器熔斷后其輔助熔斷器也跟著一起熔斷并觸發(fā)相應(yīng)故障開關(guān)量節(jié)點(diǎn)（微動開關(guān)），變流器控制系統(tǒng)接收到此熔斷器熔斷故障節(jié)點(diǎn)信號反饋后報(bào)出相應(yīng)故障信息并觸發(fā)相應(yīng)保護(hù)邏輯。由于主熔斷器的額定電流值要比輔助熔斷器大很多，只要目擊檢查若輔助熔斷器熔斷后其微動開關(guān)是否能隨之觸發(fā)即可。微動開關(guān)的檢查可以人為撥動其微動擋塊聽其分合動作聲音是否清脆，或者用萬用表電阻擋測量其節(jié)點(diǎn)是否有通斷狀態(tài)即可。相應(yīng)變流器控制系統(tǒng)響應(yīng)部分的測試同樣要先給變流器送上控制電源，然后人為撥動其微動開關(guān)的微動擋塊，測試系統(tǒng)報(bào)出相應(yīng)故障信息及觸發(fā)相應(yīng)保護(hù)邏輯即可視為此功能測試通過。

3.缺相保護(hù)及相序錯(cuò)誤保護(hù)缺相安全保護(hù)功能測試及相序錯(cuò)誤安全保護(hù)功能測試分為總網(wǎng)側(cè)、定子側(cè)及轉(zhuǎn)子側(cè)三個(gè)變流器主電路進(jìn)出線位置的安全保護(hù)功能測試。

（1）總網(wǎng)側(cè)進(jìn)線缺相及相序錯(cuò)誤安全保護(hù)功能測試：這個(gè)測試的方法較為簡單，缺相保護(hù)測試是在總網(wǎng)側(cè)送電之前先將其三相進(jìn)線接成二相進(jìn)線，在并網(wǎng)接觸器及勵(lì)磁接觸器主觸頭未閉合的情況下給總網(wǎng)側(cè)進(jìn)線送電并合上主斷后，給網(wǎng)側(cè)送電變流器測試系統(tǒng)應(yīng)立即報(bào)出相應(yīng)故障信息并觸發(fā)相應(yīng)保護(hù)邏輯（按照A、B、C三相分別做一次測試）。相序錯(cuò)誤保護(hù)測試則是在總網(wǎng)側(cè)送電之前將三相網(wǎng)側(cè)進(jìn)線相序人為接反，然后在并網(wǎng)接觸器及勵(lì)磁接觸器主觸頭未閉合的情況下給總網(wǎng)側(cè)進(jìn)線送電并合上主斷后，變流器測試系統(tǒng)也應(yīng)立即報(bào)出相應(yīng)故障信息及觸發(fā)相應(yīng)保護(hù)邏輯，這樣即可視為此項(xiàng)功能測試通過。

（2）定子側(cè)及轉(zhuǎn)子側(cè)缺相及相序錯(cuò)誤安全保護(hù)功能測試：這兩個(gè)位置的測試需要分開測試，但測試方法基本相同。缺相安全保護(hù)測試首先將定子側(cè)或轉(zhuǎn)子側(cè)三相出線改接成二相出線，然后按測試程序正常啟動運(yùn)行變流器，期間測試系統(tǒng)報(bào)出相應(yīng)故障信息并觸發(fā)相應(yīng)保護(hù)邏輯即視為此功能測試通過（按照A、B、C三相分別做一次測試）；相序錯(cuò)誤安全保護(hù)測試同樣首先將定子側(cè)或轉(zhuǎn)子側(cè)三相出線的相序接反，然后按測試程序正常啟動運(yùn)行變流器，期間測試系統(tǒng)報(bào)出相應(yīng)故障信息并觸發(fā)相應(yīng)保護(hù)邏輯即視為此功能測試通過。

三、結(jié)束語

在設(shè)計(jì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的每一個(gè)部件時(shí)，設(shè)計(jì)工程師們考慮最多最全面的往往就是該部件自身及其對整個(gè)風(fēng)機(jī)的安全保護(hù)功能方面的諸多要求。風(fēng)機(jī)的安全性能也是各風(fēng)電業(yè)主采購風(fēng)機(jī)時(shí)的重要參考項(xiàng)目，其重要性不言而喻。通過上述對風(fēng)電機(jī)組變流器系統(tǒng)各個(gè)安全保護(hù)功能測試方法的詳細(xì)分析和描述，使讀者基本了解了該安全保護(hù)功能測試方法的工作原理及將其作為出廠試驗(yàn)項(xiàng)目的必要性；同時(shí)對變流器系統(tǒng)本身及風(fēng)電機(jī)組的其它工作系統(tǒng)的安全保護(hù)功能測試方法提供了一種新的思路，在其實(shí)際的出廠常規(guī)測試應(yīng)用中亦具有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]毛亞紅.通用變頻器的保護(hù)功能及故障處理[J].變頻器世界，2014（8）：118-121.