并網(wǎng)狀態(tài)下發(fā)電機(jī)溫度測(cè)量值波動(dòng)解決方法探究

仝世偉，祝令帥

（1.許昌許繼風(fēng)電科技有限公司，河南 許昌 461000; 2.江蘇中車(chē)電機(jī)有限公司，湖南 株洲 412001)

并網(wǎng)狀態(tài)下發(fā)電機(jī)溫度測(cè)量值波動(dòng)解決方法探究

仝世偉1，祝令帥2

（1.許昌許繼風(fēng)電科技有限公司，河南 許昌 461000; 2.江蘇中車(chē)電機(jī)有限公司，湖南 株洲 412001)

某風(fēng)場(chǎng)中有多臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)在并網(wǎng)后，所測(cè)三相繞組、軸承的溫度在控制面板中的輸出值產(chǎn)生了較大波動(dòng)。通過(guò)對(duì)相應(yīng)位置進(jìn)行檢測(cè)、分析，確定溫度波動(dòng)是由于并網(wǎng)后產(chǎn)生電磁干擾的影響。在 PLC程序模塊中添加了一個(gè)濾波函數(shù)，對(duì)采集的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理，得到了較為穩(wěn)定的溫度值輸出。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)；并網(wǎng)；溫度；波動(dòng)；PLC；濾波函數(shù)

風(fēng)力發(fā)電以其無(wú)污染和可再生性，日益受到人們的重視，近年來(lái)得到了很大的發(fā)展。目前并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)主要有雙饋異步、永磁直驅(qū)、普通異步等三種技術(shù)。其中，雙饋異步由于體積小、重量輕、配套變頻器容量小、電能質(zhì)量高等特點(diǎn)，已經(jīng)成為目前風(fēng)電場(chǎng)中的的主力機(jī)型之一，有著廣闊的應(yīng)用前景。

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，要對(duì)各個(gè)主要部件的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以保證機(jī)組的運(yùn)行性能和使用壽命。機(jī)組在運(yùn)行時(shí)，需要對(duì)發(fā)電機(jī)的關(guān)鍵發(fā)熱部位進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，一旦達(dá)到限制值，控制系統(tǒng)需要發(fā)出報(bào)警信號(hào)以進(jìn)行降功率運(yùn)行，甚至停機(jī)?？刂葡到y(tǒng)做出相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作，從而可以保護(hù)機(jī)組的使用壽命。

本文針對(duì)某風(fēng)場(chǎng)中發(fā)電機(jī)測(cè)溫系統(tǒng)的故障進(jìn)行了檢測(cè)與分析，在 PLC程序模塊上進(jìn)行了優(yōu)化，最終消除了故障。

1 發(fā)電機(jī)溫度檢測(cè)處理系統(tǒng)

某風(fēng)場(chǎng)中風(fēng)電機(jī)組對(duì)發(fā)電機(jī)U相繞組、V相繞組、W相繞組、驅(qū)動(dòng)端軸承、非驅(qū)動(dòng)端軸承實(shí)時(shí)溫度的監(jiān)測(cè)，是分別在發(fā)電機(jī)內(nèi)部相應(yīng)部件的最熱位置處安裝了兩套熱敏電阻元件。其中一套通過(guò)接線端子盒連接至監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，另外一套僅引至接線端子盒作為備用測(cè)試點(diǎn)。將所用元件從接線端子盒內(nèi)端子排相應(yīng)位置引出接至機(jī)艙柜中，與 PLC模塊輸入端口相連接。通過(guò) PLC溫度采集模塊，將所測(cè)熱敏電阻元件的電阻值轉(zhuǎn)換為溫度值，經(jīng)過(guò) A/D轉(zhuǎn)換，將數(shù)據(jù)傳輸給 CPU模塊，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析。CPU接收到溫度數(shù)據(jù)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。一旦溫度值等于或大于程序中設(shè)置的限制值，CPU將對(duì)相關(guān)部件做出相應(yīng)的動(dòng)作指令，以使機(jī)組進(jìn)行降功率運(yùn)行或者停機(jī)。最后，在控制柜的控制面板中顯示出測(cè)溫元件的實(shí)時(shí)溫度值。

圖1 為風(fēng)電機(jī)組發(fā)電機(jī)溫度監(jiān)測(cè)處理系統(tǒng)簡(jiǎn)圖。

圖1 風(fēng)電機(jī)組發(fā)電機(jī)溫度監(jiān)測(cè)處理系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

2 并網(wǎng)后發(fā)電機(jī)溫度測(cè)量值波動(dòng)問(wèn)題的檢測(cè)與分析

該風(fēng)場(chǎng)多臺(tái)風(fēng)機(jī)并網(wǎng)后，所監(jiān)測(cè)到的機(jī)組電氣參數(shù)均正常，整個(gè)機(jī)組以及發(fā)電機(jī)的振動(dòng)情況也在要求范圍之內(nèi)。但在控制柜的控制面板中所顯示的三相繞組溫度或軸承溫度出現(xiàn)了較大的波動(dòng)：1臺(tái)發(fā)電機(jī)的軸承溫度波動(dòng)約在 4℃ /2s，2臺(tái)發(fā)電機(jī)的繞組溫度波動(dòng)約在 10℃ /2s。這樣在溫度值接近報(bào)警值時(shí)會(huì)因?yàn)镻LC模塊輸出溫度值的波動(dòng)而導(dǎo)致系統(tǒng)頻繁發(fā)出故障報(bào)警，降低機(jī)組的運(yùn)行效率，同時(shí)也不便于工作人員對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷。在此故障中，溫度波動(dòng)的一大特點(diǎn)是并網(wǎng)前不波動(dòng)，并網(wǎng)后即產(chǎn)生波動(dòng)。因此，可以分析是機(jī)組在并網(wǎng)后的運(yùn)行狀態(tài)影響了發(fā)電機(jī)的測(cè)溫系統(tǒng)。據(jù)此，可以從并網(wǎng)后機(jī)組產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)測(cè)溫系統(tǒng)的影響，以及并網(wǎng)后產(chǎn)生的電磁干擾對(duì)測(cè)溫系統(tǒng)的影響來(lái)進(jìn)行檢測(cè)、分析。

2.1 并網(wǎng)后機(jī)組振動(dòng)對(duì)測(cè)溫系統(tǒng)的影響

在機(jī)組并網(wǎng)前后，分別對(duì)測(cè)溫元件、接線盒內(nèi)的端子排、PLC模塊這三部分及連接的線纜分段進(jìn)行了檢查。通過(guò)對(duì)測(cè)溫元件的安裝及其連接線纜分別進(jìn)行檢查。確定了在并網(wǎng)前后各個(gè)位置的固定、連接狀態(tài)均沒(méi)有變化。據(jù)此，機(jī)組因?yàn)椴⒕W(wǎng)而產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)測(cè)溫系統(tǒng)的影響比較小，進(jìn)而溫度值由此產(chǎn)生波動(dòng)的原因可以排除。

2.2 并網(wǎng)后機(jī)組電磁干擾對(duì)測(cè)溫系統(tǒng)的影響

在并網(wǎng)前后分別對(duì)連接線纜的屏蔽層進(jìn)行檢測(cè)。測(cè)量線纜屏蔽層對(duì)地電阻為 0Ω，接地良好。發(fā)電機(jī)測(cè)溫元件共有兩套，且均接至接線端子盒內(nèi)的端子排上。并網(wǎng)后在接線端子盒內(nèi)對(duì)備用的一套測(cè)溫元件進(jìn)行了檢測(cè)，使用工具 Fluke179歐姆檔進(jìn)行電阻測(cè)量，所測(cè)電阻值穩(wěn)定，上下浮動(dòng)小于 0.1Ω/5s。然后再將該套測(cè)溫元件替換原有測(cè)溫元件接至 PLC模塊，并網(wǎng)運(yùn)行后，控制面板上的監(jiān)測(cè)溫度值依舊波動(dòng)較大。在上述對(duì)測(cè)溫元件的電阻值測(cè)量時(shí)，所使用的工具Fluke179，對(duì)頻率的響應(yīng)范圍有限，一旦有高頻諧波電流通過(guò)時(shí)，并無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量其真實(shí)值。另外，機(jī)組在并網(wǎng)前溫度值并沒(méi)有波動(dòng)，在并網(wǎng)后即開(kāi)始波動(dòng)。因此，可以考慮為測(cè)溫元件中受到并網(wǎng)后的電磁干擾而產(chǎn)生了諧波電流，從而影響了輸出至 PLC模塊的數(shù)值，但該影響不能在響應(yīng)頻率有限的 Fluke179中檢測(cè)并反饋。

2.3 檢測(cè)結(jié)果分析

通過(guò)以上檢查、分析，可以得出結(jié)論：

（1）測(cè)溫元件的安裝牢固、完好，溫度值波動(dòng)不是因其安裝而產(chǎn)生的。

（2）接線線纜屏蔽層接地良好，在線纜敷設(shè)過(guò)程中受到電磁干擾的可能性很小。

（3）機(jī)組并網(wǎng)后產(chǎn)生較強(qiáng)的諧波磁場(chǎng)，測(cè)溫元件工作時(shí)受其影響，從而導(dǎo)致所監(jiān)測(cè)的溫度值產(chǎn)生了波動(dòng)。

3 優(yōu)化方案與結(jié)果

綜上所述，所監(jiān)測(cè)到的溫度數(shù)值波動(dòng)的原因?yàn)椋涸陲L(fēng)機(jī)并網(wǎng)后產(chǎn)生的諧波磁場(chǎng)對(duì)測(cè)溫系統(tǒng)產(chǎn)生了干擾，而 PLC模塊中現(xiàn)有的濾波函數(shù)不能對(duì)其進(jìn)行有效的過(guò)濾。基于以上結(jié)論，通過(guò)在PLC模塊中再添加濾波函數(shù)，采集到由發(fā)電機(jī)傳來(lái)的數(shù)據(jù)后，對(duì)測(cè)溫系統(tǒng)中的諧波進(jìn)行處理，之后得到較為穩(wěn)定的數(shù)值提供給 CPU，CPU接收到溫度數(shù)據(jù)后進(jìn)行分析，做出報(bào)警、停機(jī)判斷，并發(fā)出相應(yīng)的控制指令。結(jié)果均在控制面板上顯示。經(jīng)過(guò)以上處理，機(jī)組再并網(wǎng)后發(fā)電機(jī)溫度值基本不波動(dòng)，波動(dòng)值不大于 1℃ /2s。其中一臺(tái)機(jī)組該問(wèn)題處理前后的監(jiān)控截圖如圖2、圖3所示。

圖2 某臺(tái)風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前后溫度值曲線

圖3 某臺(tái)風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后溫度值曲線

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)某風(fēng)場(chǎng)中風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)后發(fā)電機(jī)溫度測(cè)量值波動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行了檢測(cè)、分析。確定測(cè)溫系統(tǒng)受到并網(wǎng)后機(jī)組產(chǎn)生的諧波磁場(chǎng)干擾，從而使所測(cè)量溫度值產(chǎn)生了波動(dòng)。并相應(yīng)提出了解決方案，即在 PLC模塊中增加濾波函數(shù)。經(jīng)過(guò)實(shí)踐，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行后，問(wèn)題得以解決。這為風(fēng)電用發(fā)電機(jī)溫度監(jiān)測(cè)方案的選擇提供了案例參考，也對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)溫度測(cè)量時(shí)的問(wèn)題處理以及進(jìn)一步的理論研究具有重要的參考價(jià)值。

[1]吳冰 ,王建良 .雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行原理分析 [J]．電氣開(kāi)關(guān)，2008.6.:6-7,11．

[2]李俊峰，施鵬飛，高虎 .中國(guó)風(fēng)電發(fā)展報(bào)告 2010[D].海南出版社 ,2010.10:2-10.

[3]徐大平，張新房，柳亦兵 .風(fēng)力發(fā)電控制問(wèn)題綜述 [J].中國(guó)電力，2005.38（4）:70-74.

TM31

A

1671-0711（2017）07（下）-0112-02