狄海龍，梁振飛，王波

(內(nèi)蒙古華電輝騰錫勒風(fēng)力發(fā)電有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020)

0 引言

來自中國風(fēng)能協(xié)會可再生能源專業(yè)委員會的數(shù)據(jù)顯示，目前國內(nèi)市場上近八成的風(fēng)機(jī)為雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。內(nèi)蒙古華電輝騰錫勒風(fēng)力發(fā)電有限公司管轄輝騰錫勒風(fēng)電場和庫倫風(fēng)電場。其中，輝騰錫勒風(fēng)電場安裝歌美颯G52－850型風(fēng)力發(fā)電機(jī)90臺，華銳SL－1500型風(fēng)力發(fā)電機(jī)30臺;庫倫風(fēng)電場安裝華銳SL－1500型風(fēng)力發(fā)電機(jī)129臺，南車WT1650型風(fēng)力發(fā)電機(jī)5臺，公司總裝機(jī)容量為322.5 MW。庫倫風(fēng)電場134臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)于2009年8月24日全部投入運(yùn)營，由制造廠負(fù)責(zé)維護(hù)2年。近期有2臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相繼出現(xiàn)定子三相電流不平衡故障。

1 #62風(fēng)力發(fā)電機(jī)組三相電流不平衡原因分析

內(nèi)蒙古華電輝騰錫勒風(fēng)力發(fā)電有限公司#62風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)備參數(shù)見表1，箱式變壓器主要參數(shù)見表2，機(jī)組變流器主要電氣參數(shù)見表3，風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)圖如圖1所示。

2011－03－21，#62風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)后，負(fù)荷加至50 kW時，維護(hù)人員發(fā)現(xiàn)定子三相電流不平衡，分別為:A相80 A，B相60 A，C相20 A。為查找原因繼續(xù)增加負(fù)荷，負(fù)荷升至400 kW時，監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)“變頻器故障”報警信號，變頻器發(fā)“電網(wǎng)故障”報警信號后跳閘。維護(hù)單位分析后決定更換發(fā)電機(jī)。

2011－04－12，發(fā)電機(jī)更換完畢后，啟動#62風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，發(fā)現(xiàn)故障依然存在。

2011－04－13，更換變頻器，并網(wǎng)發(fā)現(xiàn)三相電流和三相電壓均不平衡，AC相電壓比其他2相最高電壓高出40 V。

表1 #62風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)備參數(shù)

表2 箱式變壓器主要參數(shù)

表3 機(jī)組變流器主要電氣參數(shù)

圖1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)圖

2011－04－14，維護(hù)單位分析后又更換了C相電流互感器，將其他2相的電流互感器重新緊固，用搖表測量電流互感器阻值都為0.5 Ω。查看定子接線良好，定子接觸器沒有虛接打火的現(xiàn)象，用絕緣測試儀測量定子三相對地絕緣值都為0.6 MΩ，相間都超過1.0 MΩ，送電后啟動風(fēng)力發(fā)電機(jī)，發(fā)現(xiàn)電流還是不平衡。

2011－04－15，繼續(xù)查找原因。

(1)風(fēng)力發(fā)電機(jī)靜止時，合轉(zhuǎn)子接觸器，測得的定子三相電壓見表4。

表4 風(fēng)力發(fā)電機(jī)靜止時，合轉(zhuǎn)子接觸器時的定子三相電壓 V

(2)當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速為1 350 r/min時，合轉(zhuǎn)子接觸器，變頻器設(shè)定負(fù)載為0，測得的定子三相電壓見表5。

表5 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速為1350 r/min，合轉(zhuǎn)子接觸器時的定子三相電壓 V

(3)當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速為1 350 r/min時，合定子接觸器，變頻器設(shè)定負(fù)載為0，測得的定子三相電壓見表6。

(4)當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速為1 350 r/min時，合定子接觸器，變頻器設(shè)定負(fù)載為0，測得的定子三相對地電壓見表7。

表6 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速為1350 r/min，合定子接觸器時的定子三相電壓 V

表7 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速為1350 r/min，合定子接觸器時的定子三相對地電壓 V

(5)當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速為1350r/min，變頻器設(shè)定負(fù)載為25%，50%，100%額定負(fù)載時，測得的定子三相電壓見表8。

表8 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速為1350 r/min，變頻器設(shè)定不同負(fù)載時的定子三相電壓 V

(6)將變頻柜的防雷器接地斷開，同時把機(jī)側(cè)的濾波電路B相和C相對調(diào)，并網(wǎng)后電流不平衡的情況沒有變化。

通過上述試驗(yàn)可以判斷:發(fā)電機(jī)、變頻柜防雷器、濾波電路均正常。

2011－04－28，將箱式變壓器低壓側(cè)停電，合定子接觸器，用直流電阻測試儀測得定子三相直流電阻值為:RAC=2.106 mΩ，RAB=2.087 mΩ，RBC=2.099 mΩ;對地直流電阻值為:RA0=1.256 mΩ，RB0=1.246 mΩ，RC0=1.249 mΩ;箱式變壓器低壓側(cè)三相直流電阻值為 RAC=2.185 mΩ，RAB=2.157 mΩ，RBC=2.165mΩ，由此斷定發(fā)電機(jī)定子出線電纜和箱式變壓器低壓側(cè)均無異常。

2011－05－02，利用無風(fēng)的機(jī)會，將35 kV線路停電，測得箱式變壓器高壓側(cè)直流電阻值為:RAB=11 Ω，RBC=11 Ω，RAC=22 Ω，由此判斷箱式變壓器高壓側(cè)AC相繞組開路。進(jìn)一步解體箱式變壓器進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)分接開關(guān)C相有5根線的線鼻子處脫開或絕緣損壞(如圖2所示)。處理后，#62風(fēng)力發(fā)電機(jī)組工作正常。

圖2 分接開關(guān)C相線鼻子處脫開或絕緣損壞

2 #41風(fēng)力發(fā)電機(jī)組定子三相電流不平衡原因分析

2011－05－09，#41風(fēng)力發(fā)電機(jī)組啟動后出現(xiàn)三相電流不平衡的故障，內(nèi)蒙古華電輝騰錫勒風(fēng)力發(fā)電有限公司技術(shù)人員與制造廠維護(hù)人員分析后進(jìn)行了電橋試驗(yàn)。

按下急停按鈕，進(jìn)入可編程控制器(PLC)服務(wù)模式。拆開轉(zhuǎn)子接線，使轉(zhuǎn)子與集電環(huán)分開。先用1000 V絕緣測試儀測量轉(zhuǎn)子三相絕緣均在3 GΩ以上，判定合格。

用電阻測試儀測量轉(zhuǎn)子三相阻值分別為0.028，0.025 和 0.024 Ω。

按制造廠要求計算三相阻值的不平衡度:［(阻值最大值－阻值最小值)/3個阻值的平均值］×100%= ［(0.028 － 0.024)/0.02567］× 100%=15.6% ＞2.0%(制造廠給定的限值)。判定轉(zhuǎn)子三相阻值不平衡。

更換發(fā)電機(jī)后#41發(fā)電機(jī)運(yùn)行正常。

3 結(jié)論

風(fēng)電屬于清潔能源，國家對風(fēng)力發(fā)電大力扶持，使得風(fēng)力發(fā)電企業(yè)和風(fēng)電裝備制造企業(yè)飛速發(fā)展。由于企業(yè)技術(shù)人員經(jīng)驗(yàn)不足、對引進(jìn)技術(shù)的消化吸收不充分、適應(yīng)我國環(huán)境的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)缺乏、生產(chǎn)環(huán)節(jié)質(zhì)量控制不嚴(yán)格和運(yùn)行維護(hù)不到位等諸多原因，造成風(fēng)力發(fā)電設(shè)備主要部件(發(fā)電機(jī)、齒輪箱、變頻器、輪轂、葉片)故障率偏高。以華電輝騰錫勒風(fēng)電公司為例，輝騰錫勒風(fēng)場2010年更換發(fā)電機(jī)7臺、齒輪箱4臺，2011年1月至4月更換變頻器22臺;庫倫風(fēng)電場2010年更換發(fā)電機(jī)14臺、齒輪箱3臺，2011年1月至4月更換變頻器29臺。變頻器按每臺20萬元成本價估算，維護(hù)成本就達(dá)1 000萬元之多。故障率偏高、維護(hù)成本巨大將嚴(yán)重影響風(fēng)力發(fā)電企業(yè)的生存，使得設(shè)備遲遲不能退出質(zhì)保期，風(fēng)電裝備制造企業(yè)大量的質(zhì)保金被扣押，影響其發(fā)展。

綜上所述，風(fēng)電裝備制造企業(yè)應(yīng)著眼于長遠(yuǎn)利益，高度關(guān)注設(shè)備質(zhì)量控制，通過分析既往發(fā)生的故障，制訂改進(jìn)措施，降低設(shè)備故障率。