淺談風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳逆變器故障原因和處理

●陳飛

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳系統(tǒng)是葉片正常收槳的重要保護(hù)之一，尤其是出現(xiàn)風(fēng)機(jī)瞬時(shí)故障時(shí)，風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)能快速將風(fēng)機(jī)槳葉收回，從而保護(hù)風(fēng)機(jī)安全停運(yùn)。但風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)由于變槳逆變器或變槳電機(jī)故障等原因，均會(huì)造成風(fēng)機(jī)葉片收槳不成功，從而影響風(fēng)機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文針對(duì)廣西欽州市靈山縣懷山風(fēng)電場(chǎng)2.5 兆瓦直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳逆變器OK 信號(hào)丟失故障原因進(jìn)行分析，同時(shí)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳逆變器及變槳電機(jī)故障處理提出相應(yīng)解決方案，全面提高風(fēng)電場(chǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

一、故障情況

國(guó)家電投集團(tuán)廣西靈山大懷山新能源有限公司已建設(shè)的懷山風(fēng)電場(chǎng)，位于廣西欽州市靈山縣新圩鎮(zhèn)、佛子鎮(zhèn)一帶山脊，距離靈山縣約25 千米，距離欽州市約134 千米，總裝機(jī)容量200 兆瓦，共安裝93 臺(tái)新疆金風(fēng)科技公司生產(chǎn)的永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。2021 年8 月10日，懷山風(fēng)電場(chǎng)99 號(hào)風(fēng)機(jī)（單機(jī)容量2.5 兆瓦）報(bào)2 號(hào)變槳逆變器OK 信號(hào)丟失故障，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)故障，參照金風(fēng)科技2.5 兆瓦機(jī)組變槳系統(tǒng)故障解釋手冊(cè)《GW-12FA0241 歸檔版》，故障代碼為173。對(duì)照查看故障文件發(fā)現(xiàn)99 號(hào)風(fēng)機(jī)2 號(hào)變槳系統(tǒng)延遲收槳，風(fēng)機(jī)變槳逆變器OK 信號(hào)異常?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)地查看99 號(hào)風(fēng)機(jī)槳葉處于安全位置，但2 號(hào)變槳系統(tǒng)不能執(zhí)行手動(dòng)變槳操作，變槳逆變器OK 信號(hào)反饋處于有規(guī)律的異常狀態(tài)（重復(fù)高電頻閃爍9 次），處于不正常狀態(tài)。

二、現(xiàn)場(chǎng)檢查與測(cè)試

（一）按照永磁直驅(qū)型風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)組葉片變槳（變頻）電氣邏輯原理，首先對(duì)變槳系統(tǒng)控制原理進(jìn)行分析，懷山風(fēng)電場(chǎng)2.5兆瓦機(jī)組葉片變槳控制柜主電路采用交流—直流—交流回路，通過(guò)變槳逆變器（AC-2）作為風(fēng)機(jī)葉片變槳電機(jī)供電，變槳電機(jī)為交流異步電機(jī)。其次檢查風(fēng)機(jī)PLC 變槳控制系統(tǒng)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線（profibus-DP 總線）和主控制系統(tǒng)交互的通信，接受主控制系統(tǒng)指令，主要為槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)的速度指令，并通過(guò)控制交流調(diào)速裝置驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)槳葉按照控制系統(tǒng)設(shè)定的要求和方向進(jìn)行角度轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)監(jiān)測(cè)變槳系統(tǒng)的內(nèi)部信號(hào)（AC-2 OK 信號(hào)，變槳方向/速度信號(hào)），將指令直接傳遞至主控制系統(tǒng)，變槳逆變器（AC-2）同時(shí)具備控制變槳電機(jī)電磁剎車和冷卻風(fēng)扇啟停功能，并實(shí)時(shí)監(jiān)控變槳電機(jī)繞組對(duì)地絕緣狀態(tài)。

（二）按照金風(fēng)科技兆瓦機(jī)組電纜連接作業(yè)指導(dǎo)書《GW-00FW0050 歸檔版》，再次通過(guò)排查99 號(hào)風(fēng)機(jī)主控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)，結(jié)合故障解釋定義進(jìn)行邏輯性分析，可得出以下結(jié)論：

1.變槳逆變器（AC-2）本體損壞，從而導(dǎo)致風(fēng)機(jī)主控制系統(tǒng)不能正常接收變槳逆變器OK信號(hào)。

2.變槳電機(jī)接地故障，從而導(dǎo)致變槳逆變器OK 信號(hào)丟失。

3.變槳逆變器（AC-2）、變槳電機(jī)、變槳旋轉(zhuǎn)編碼器、變槳充電模塊等電氣元器件之間接線松動(dòng)，均可導(dǎo)致變槳逆變器OK 信號(hào)丟失故障。

最終結(jié)合新疆金風(fēng)科技公司2.5 兆瓦變槳柜Ⅰ型電氣原理圖，通過(guò)99 號(hào)風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)故障文件中變槳相關(guān)變量進(jìn)行深入分析，初步判斷變槳逆變器損壞，導(dǎo)致變槳逆變器OK 信號(hào)丟失故障。

（三）主控制系統(tǒng)故障代碼173 解釋為單相電壓低，驅(qū)動(dòng)器檢查電機(jī)的三相電壓對(duì)地短接（一相或三相），此時(shí)應(yīng)檢查風(fēng)機(jī)變槳超級(jí)電容及充電器至變槳逆變器（AC-2）的并聯(lián)輸入端是否虛接或短路情況。由于此次故障為99 號(hào)風(fēng)機(jī)2 號(hào)變槳的變槳逆變器心跳信號(hào)丟失，故障文件中變槳逆變器OK 信號(hào)在故障0 時(shí)刻前出現(xiàn)異常，0 時(shí)刻后有規(guī)律的異常狀態(tài)，重復(fù)高電頻閃爍7 次，間歇閃爍9 次后不斷重復(fù)，解析為單項(xiàng)電壓低（驅(qū)動(dòng)器檢測(cè)變槳電機(jī)三相電壓對(duì)地短接），電容（內(nèi)部）充電超時(shí)，一相電壓達(dá)到電容上限值，變槳逆變器（AC-2）安全端口斷開(kāi)。

（四）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)及故障分析，重點(diǎn)排查99 號(hào)風(fēng)機(jī)變槳逆變器（AC-2）、變槳電機(jī)、變槳旋轉(zhuǎn)編碼器、變槳充電模塊等電氣元器件之間是否接線松動(dòng)或虛接或短路。

第一步：通過(guò)倒換99 號(hào)風(fēng)機(jī)1 號(hào)變槳模塊至2 號(hào)變槳模塊進(jìn)行測(cè)試，分析故障是否轉(zhuǎn)移來(lái)判斷模塊是否損壞。如有，可判斷為變槳模塊損壞，及時(shí)進(jìn)行模塊更換，處理故障過(guò)程中，變槳模塊備件已運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)。

第二步：排查99 號(hào)風(fēng)機(jī)變槳電機(jī)繞組引出線對(duì)地電阻是否異常，通過(guò)接線端導(dǎo)通進(jìn)行判斷變槳電機(jī)是否處于正常狀態(tài)。如有，及時(shí)更換變槳電機(jī)，處理故障過(guò)程中，變槳電機(jī)備件需運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)。

第三步：檢測(cè)99 號(hào)風(fēng)機(jī)變槳逆變器（AC-2）、變槳電機(jī)、變槳旋轉(zhuǎn)編碼器、變槳充電模塊等電氣元器件之間是否接線松動(dòng)或虛接或短路，以及其他原因?qū)е伦儤盘?hào)傳遞不暢等現(xiàn)象，如有，進(jìn)行接線緊固。

第四步：檢查99 號(hào)風(fēng)機(jī)變槳逆變器（AC-2）信號(hào)輸入輸出情況，若有信號(hào)輸入，無(wú)信號(hào)輸出，應(yīng)立即更換變槳逆變器（AC-2），處理故障過(guò)程中，變槳逆變器（AC-2）備件需運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)。

三、原因分析及處理

（一）現(xiàn)場(chǎng)將99 號(hào)風(fēng)機(jī)2 號(hào)變槳柜內(nèi)模塊與正常運(yùn)行的1 號(hào)變槳柜進(jìn)行相應(yīng)倒換，1 號(hào)變槳系統(tǒng)仍可以正常運(yùn)行，2 號(hào)變槳系統(tǒng)故障無(wú)變化，故障未消失，可排除模塊失效導(dǎo)致99 號(hào)風(fēng)機(jī)變槳逆變器OK 信號(hào)丟失故障。

（二）使用萬(wàn)用表阻值檔位測(cè)量99 號(hào)風(fēng)機(jī)變槳電機(jī)繞組對(duì)地電阻為10 兆歐，繞組對(duì)地不導(dǎo)通，可判斷電機(jī)無(wú)異常。

（三）檢測(cè)99 號(hào)風(fēng)機(jī)變槳逆變器（AC-2）、變槳電機(jī)、變槳旋轉(zhuǎn)編碼器、變槳充電模塊等電氣元器件之間連接狀態(tài)，變槳逆變器輸入端口交流230 伏，輸出端口直流24 伏正常，排除元器件之間接線松動(dòng)或虛接或短路等問(wèn)題，同時(shí)進(jìn)行接線重新緊固。

（四）按照金風(fēng)科技2.5 兆瓦風(fēng)力發(fā)電機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)電氣安裝手冊(cè)《GW-12FW0027 歸檔版》，通過(guò)手動(dòng)變槳方式，檢查變槳模塊發(fā)出命令（直流24 伏），可正常傳遞至變槳逆變器輸出端口，通過(guò)檢測(cè)變槳逆變器在直流輸入端電壓正常（直流100 伏）的狀態(tài)下，接收到命令后未輸出（交流49 伏）至變槳電機(jī)，從而可判斷變槳逆變器損壞。

（五）將99 號(hào)風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)修改成強(qiáng)制手動(dòng)狀態(tài)，通過(guò)強(qiáng)制變槳的方式，消耗超級(jí)電容儲(chǔ)存的電能后，進(jìn)行更換變槳逆變器（AC-2），但故障未消除。

（六）通過(guò)分析99 號(hào)風(fēng)機(jī)故障文件中故障信號(hào)閃爍7 次，變槳電機(jī)存在異常但現(xiàn)場(chǎng)未排查出來(lái)的可能，于是將2 號(hào)變槳柜內(nèi)變槳逆變器與變槳電機(jī)接線全部轉(zhuǎn)移至1 號(hào)變槳電機(jī)后，2號(hào)變槳系統(tǒng)恢復(fù)正常，最終判斷變槳電機(jī)故障。

（七）由于更換變槳電機(jī)需將葉片角度通過(guò)手拉葫蘆的方式，強(qiáng)制將葉片轉(zhuǎn)到90°位置，安裝葉片鎖定擋塊，避免電機(jī)拆卸后葉片自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)造成人員設(shè)備損傷。電機(jī)更換后需要重新對(duì)葉片角度進(jìn)行調(diào)整，過(guò)程中至少需要兩人進(jìn)行配合，一人變槳一人觀察防止葉片朝相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)避免風(fēng)機(jī)變槳齒形帶撕裂。

四、結(jié)語(yǔ)

此次99 號(hào)風(fēng)機(jī)變槳逆變器OK 信號(hào)丟失故障處理事件，最終檢測(cè)故障報(bào)出是由于風(fēng)機(jī)變槳電機(jī)損壞導(dǎo)致，現(xiàn)場(chǎng)針對(duì)拆下的變槳電機(jī)進(jìn)行繞組電阻大小及對(duì)地導(dǎo)通狀態(tài)測(cè)量時(shí)，繞組對(duì)地電阻為44.6 歐，繞組對(duì)地處于導(dǎo)通狀態(tài)。最初檢測(cè)風(fēng)機(jī)變槳電機(jī)繞組電阻大小及對(duì)地測(cè)量繞組導(dǎo)通時(shí)，由于未拆下變槳電機(jī)本體與變槳逆變器（AC-2）電纜連接線，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果失真，整體影響了對(duì)故障點(diǎn)的判斷，耽誤了故障處理時(shí)間，最終重新更換變槳電機(jī)后，機(jī)組恢復(fù)運(yùn)行狀態(tài)。

通過(guò)此次變槳逆變器故障及處理，提醒相關(guān)單位和部門，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)機(jī)檢修及巡視檢查工作，加強(qiáng)風(fēng)機(jī)安全隱患排查治理和風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控，重點(diǎn)開(kāi)展風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)監(jiān)測(cè)，保證風(fēng)機(jī)在緊急情況下能夠正常收槳，避免發(fā)生“黑天鵝”事件，全面提高風(fēng)電場(chǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。