楊兵兵
(華潤固本風電場,遼寧 阜新 123000)
2.5MW風力發(fā)電機震動問題探討
楊兵兵
(華潤固本風電場,遼寧阜新123000)
摘要:新疆某2.5MW機組在調(diào)試完成后運行一段時間發(fā)現(xiàn)機組有震動現(xiàn)象,震動同時機組報出故障,通過故障現(xiàn)象分析主控和變流故障文件,對故障點逐步排查,最后找出引起此故障的原因,并對故障原因和相關(guān)故障做深入分析。
關(guān)鍵詞:扭矩比較;震動;DUSB25排線
106/2500kw變槳變流高瀾水冷
新疆某2.5MW機組進行動態(tài)調(diào)試工作,調(diào)試完成后啟動風機,機組并網(wǎng)正常,未報出任何故障,運行一段時間后,在中控的故障歷史中發(fā)現(xiàn)機組不定期報出機艙加速度超限故障,和扭矩比較故障,但業(yè)主通過中控遠程將故障復位,現(xiàn)場人員發(fā)現(xiàn)后立即去機組觀察現(xiàn)象,發(fā)現(xiàn)機組在運行過程中有震動現(xiàn)象,在機組觀察時發(fā)現(xiàn)震動是由于扭矩突然跳變導致的,震動的同時會報出扭矩比較故障,不論功率大?。?00KW-2000KW不定),還是運行時間的長短,故障會不定時的報出(最短時間20分鐘左右,最長時間3~4個小時左右),同時伴隨著機組震動,震動時,感覺發(fā)電機有間歇下墜狀態(tài),機組運行穩(wěn)定性比較差。
當機組發(fā)生震動時,首先排查的是機組的機械問題,塔筒力矩是否打好,震動是不是由偏航引起的,葉片零刻度是否對好,等等?,F(xiàn)場人員逐一對以上機組內(nèi)的機械原因可能導致的機組震動進行排查,確認上述沒有任何問題。在排除了機械問題后,根據(jù)故障現(xiàn)象,現(xiàn)場人員把故障點縮小在了變流器主柜的機側(cè)模塊和相關(guān)控制器件上面,通過機組震動時的故障文件可以分析出震動是由于主柜機側(cè)反饋的扭矩突然跳變導致的,這剛好符合現(xiàn)場人員確定的故障范圍,由于在故障范圍內(nèi)的機側(cè)的相關(guān)硬件較多,所以現(xiàn)場人員采用分步式方法進行逐一排除。首先對機側(cè)的控制器cpu板進行測試,方法是將主柜和從柜的機側(cè)cpu板進行對換,通過測試cpu,在測試過程中,機組同樣報出扭矩比較故障,查看主控故障文件,發(fā)現(xiàn)還是主柜機側(cè)的扭矩異常,此時可以排除是cpu的問題。隨后現(xiàn)場人員將測試的重點目標放在了機側(cè)功率模塊上,自主變流的功率模塊分左模塊和右模塊,在小功率條件下通過更改驅(qū)動板上的DUSB25接線可以實現(xiàn)單模塊運行,如果是其中的一個模塊有問題,就可以通過排除法找出故障點。隨即進行單模塊的運行測試,首先是左模塊測試,在開始測試時(200kw),沒有發(fā)現(xiàn)異常,當功率升到300kw左右時運行15分鐘后,明顯感覺到機組震動,機組馬上報出扭矩比較故障,故障現(xiàn)象和開始時一樣也是變流器主柜的扭矩出現(xiàn)了較大幅度的波動。
隨后對右模塊進行單模塊運行測試,機組在1000KW以下穩(wěn)定運行了12個小時,沒有報出任何故障,所以判斷問題集中在左模塊及其連接的硬件上,和左模塊有關(guān)系的有功率模塊本體、驅(qū)動板、控制板、DUSB25排線,第一次測試時已經(jīng)將控制板排除,這樣就把故障點就縮小在剩下3個器件上面,由于功率模塊本體更換難度較大,所以現(xiàn)場人員決定首先排除驅(qū)動板和DUSB25排線。首先對DUSB排線進行測試,現(xiàn)場人員將DUSB25排線直接從左功率模塊置換到右功率模塊,右模塊單獨運行進行測試,機組功率在300kw時運行了20分鐘左右,扭矩比較故障報出,機組出現(xiàn)同樣的震動,通過變流后臺軟件的錄播數(shù)據(jù)來看,發(fā)現(xiàn)主柜機側(cè)扭矩出現(xiàn)波動。
之前對右模塊單獨運行測試時,機組可以穩(wěn)定運行12小時,未報出故障,將左模塊的DUSB25排線更換到右模塊后,右模塊單獨運行20分鐘左右報出故障,此時可以判斷,機組震動和DUSB25排線有直接關(guān)系?,F(xiàn)場人員將DUSB25排線更換后,風機穩(wěn)定運行,未報出同樣的故障,至此可以判斷機組由于變流器主柜機側(cè)扭矩較大幅度的跳變導致的機組震動是因為機側(cè)模塊驅(qū)動板和控制板之間通訊的DUSB25排線引起的。
在更換了DUSB25排線后,機組在大小功率下穩(wěn)定運行一周的時間,未報出任何故障,由此可以判斷是變流主柜2U3控制器和驅(qū)動板連接的DUSB25排線有異常,造成機側(cè)電流、驅(qū)動等信號傳輸不穩(wěn)定而導致的機組震動。
2.5MW自助變流器控制系統(tǒng)對機側(cè)和網(wǎng)側(cè)功率模塊進行分布式控制,通過SAD板(并連扳)可以實現(xiàn)多個模塊的并聯(lián),SAD板再通過DUSB25排線將信號傳給控制器(cpu),同時將控制器發(fā)出的控制信號傳給功率模塊
控制器是自主變流器的核心裝置之一,在實現(xiàn)將風能轉(zhuǎn)換為電能并輸送到電網(wǎng)上的過程中發(fā)揮著重要作用。控制器實現(xiàn)的主要功能有:將發(fā)電機發(fā)出的變頻變壓的交流電轉(zhuǎn)換為恒定的直流;將直流轉(zhuǎn)換為和電網(wǎng)同頻同幅值的交流電輸送到電網(wǎng)上;對一次系統(tǒng)的發(fā)電機輸出短路/過流、逆變器輸出短路/過流/過壓等做適當?shù)谋Wo;與外部設備如風機控制系統(tǒng)等進行信息交互等。通俗來說,控制器的作用就是接收輸入信號,輸出控制和保護信號。輸入信號分為模擬信號和數(shù)字信號:模擬信號包括三相電壓信號、溫度傳感器PT100信號、英飛凌模塊輸出的三相電流信號、直流母排電壓信號、IGBT節(jié)點溫度信號;數(shù)字信號包括外部斷路器狀態(tài)、熔斷器輔助節(jié)點信號、英飛凌模塊輸出的故障狀態(tài)信號。輸出信號包括繼電器開關(guān)節(jié)點信號、控制英飛凌功率模塊的PWM調(diào)制信號。
通過上述對變流器控制系統(tǒng)的介紹,再根據(jù)項目某機組的故障現(xiàn)象,可以判斷是機側(cè)控制器通過SAD板給機側(cè)模塊輸出控制信號時,信號在傳輸過程中發(fā)生跳變而導致機組的震動。但是整個回路所有器件的損壞都有可能導致信號跳變,在排除故障過程中通過排除法最后確定是控制器和SAD板連接的DUSB25排線的問題導致扭矩信號的跳變而導致機組震動,更換后故障消除。
通過此次故障,尤其是機組扭矩比較故障和機組震動,首先要把這2個問題分別來分析,查看這兩個問題是否有共性,是否在同樣的條件下,會同時的出現(xiàn),確定是一個問題還是兩個問題,確定之后再通過現(xiàn)象和故障文件進行分析,這樣有助于判斷故障點,提高處理故障的效率。如果是在小功率段,機組震動,且扭矩是個秒級內(nèi)的跳動,那么重點查看機側(cè)功率模塊及其附件是否有問題了,小功率下可通過單模塊單獨運行可以進行測試,有條件的現(xiàn)場可以采取示波器的儀器來更深度的檢查。
新疆地區(qū)2.5MW機組較多,尤其是自助變流以后會大批量使用,在批量化生產(chǎn)和長途運輸?shù)那闆r下很難保障到現(xiàn)場的元器件不會出問題,希望機組震動問題的處理過程,能給后面的2.5MW自主變流的項目提供一個參考,在遇到同類型的問題時有個思路上的幫助。