蔡龍，陳偉

（神華國華射陽風(fēng)電有限公司，江蘇鹽城224300）

華銳3MW SL3000風(fēng)電機(jī)組PM3000W超導(dǎo)變流器典型故障事例分析

蔡龍，陳偉

（神華國華射陽風(fēng)電有限公司，江蘇鹽城224300）

某風(fēng)電場華銳3MW SL3000機(jī)組超導(dǎo)變流器發(fā)生的通訊故障非常典型，一是故障代碼比較籠統(tǒng)，二是故障重復(fù)性發(fā)生，三是故障類型非常少見。描述了機(jī)組設(shè)備結(jié)構(gòu)，并對故障情況和處理過程進(jìn)行了介紹，對故障點和原因進(jìn)行了分析，最后對整個故障原因進(jìn)行了總結(jié)。

故障處理；故障分析；風(fēng)電機(jī)組；變流器；重復(fù)性故障

1　機(jī)組及故障簡介

某風(fēng)電場華銳3 MW SL3000型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組（簡稱機(jī)組），自2014年投入運行使用，已運行2年。

華銳SL3000為雙饋變速恒頻風(fēng)電機(jī)組，啟動風(fēng)速3m/s，額定風(fēng)速10.5 m/s，額定功率為3.0 MW，其變頻器型號為PM3000W超導(dǎo)變流器。自2016年2月至2016年4月，有1臺機(jī)組重復(fù)報如下故障：

4647（變頻器：CAN通訊總線關(guān)閉故障），

4761（變頻器1:1 ms內(nèi)未從主站收到快速CAN信息），

變頻器子代碼：129（CAN總線掉線故障）；243（1 ms內(nèi)未從主站收到快速CAN信息）。

該故障停機(jī)后可復(fù)位消失，重新啟機(jī)后，風(fēng)機(jī)可以正常發(fā)電，但會不定期重復(fù)報故障導(dǎo)致停機(jī)，而且在發(fā)電過程中任意風(fēng)速段均會報該故障，有時在大風(fēng)時段更會頻繁報該故障。

2　故障處理過程

機(jī)組的整個故障處理過程可分為5個階段。

2.1第一階段：遠(yuǎn)程故障初定位

由于機(jī)組所報通訊故障籠統(tǒng)，影響通訊方面的故障點較多，且故障可以復(fù)位，無法對故障點進(jìn)行準(zhǔn)確定位，處理故障優(yōu)先定位為變頻器。在站內(nèi)打開M-PLC（M-PLC是Bachmann系統(tǒng)機(jī)組PLC編程工具，在現(xiàn)場M-PLC多用于調(diào)試、運行工作中直接對程序進(jìn)行底層操作，通過SCL查看機(jī)組詳細(xì)信息，為調(diào)試、消缺工作提供判斷依據(jù)）軟件后，檢查變頻器1與變頻器2的狀態(tài)，變頻器2狀態(tài)正常，但變頻器1有故障子代碼129，243，查故障子代碼解釋為129（CAN總線掉線故障）、243（1 ms內(nèi)未從主站收到快速CAN信息）。此時可定位故障至變頻器1.通過MPLC軟件將變頻器1斷電重啟后，故障子代碼復(fù)位清除，狀態(tài)均正常，啟機(jī)可正常發(fā)電，但會不定期重復(fù)報該故障，故需登機(jī)檢查。

2.2第二階段：現(xiàn)場故障初定位

登機(jī)后首先對照圖紙檢查變頻器1的一次及二次回路電源，發(fā)現(xiàn)均無異常，可判定并無保險或相關(guān)輔、備件損壞；然后檢查變頻器1的控制系統(tǒng)，在更換變頻器檢測板、控制板以及主控系統(tǒng)的CM202通訊模塊后，啟機(jī)后依舊是不定期報該故障。

2.3第三階段：現(xiàn)場故障明確定位

在第二階段的基礎(chǔ)上，認(rèn)為機(jī)組故障并非由元器件損壞引起，再根據(jù)故障代碼主要涉及到通訊丟失，因此將工作重點放在查找通訊線及通訊插頭的接觸上。使用萬用表分段校對該通訊線路，均接線正常，并且插頭接觸緊固。在CAN總線首尾兩端高低電平線路間均有120 Ω終端電阻，檢查該線路CAN總線屏蔽網(wǎng)接地情況，量出屏蔽網(wǎng)接地電阻為0.2 Ω，表計內(nèi)阻0.1 Ω，說明該通訊線屏蔽網(wǎng)接地正常牢固。由于風(fēng)機(jī)運行時各種動力電纜、變頻器、電機(jī)及線路的強(qiáng)弱電磁干擾，容易對CAN總線造成干擾。由此便將由變頻器連接至主控柜內(nèi)的CAN總線屏蔽網(wǎng)做單端接地處理，即變頻器1和變頻器2的屏蔽網(wǎng)接通且不接地，該線路接至主控柜時此屏蔽網(wǎng)接地，即實現(xiàn)單端接地，啟動風(fēng)機(jī)可正常發(fā)電，此時可明確定位此故障為變頻器通訊干擾故障。

2.4第四階段：故障原因深度解析

但在做過接地處理后不久，機(jī)組再次報4761故障，此次直接定位變頻器1通訊線路受干擾導(dǎo)致易報此故障，登機(jī)檢查將變頻器1連接至主控柜的CAN總線重新布線，使其遠(yuǎn)離動力電纜等干擾源，故障消除。但沒隔多久，機(jī)組依舊報4761故障。此時定位風(fēng)電機(jī)組整機(jī)控制程序，經(jīng)更換程序后現(xiàn)象依舊。

2.5第五階段：故障排除

在第四階段的基礎(chǔ)上，考慮到變頻器通訊電磁干擾的問題，查閱相關(guān)資料，在變頻器CAN通訊線處加入1個磁環(huán)，故障消除，至今未報上述通訊故障。如圖1、圖2、圖3所示。

圖1　CAN通訊線穿過磁環(huán)繞匝

圖2　CAN通訊線加入磁環(huán)

圖3　華銳3MW SL3000機(jī)組PM3000W超導(dǎo)變流器CAN通訊走線圖

3　故障分析

變頻器通訊為何會有電磁干擾現(xiàn)象，而加裝磁環(huán)后即可消除電磁干擾，分析如下。

3.1電磁干擾

電磁干擾（Electromagnetic Interference，EMI）是干擾電纜信號并降低信號完好性的電子噪音，EMI通常由電磁輻射發(fā)生源如馬達(dá)和機(jī)器產(chǎn)生。所謂“干擾”，電磁兼容指設(shè)備受到干擾后性能降低以及對設(shè)備產(chǎn)生干擾的干擾源這兩層意思。

3.2變頻器的電磁干擾

電磁干擾是變頻器驅(qū)動系統(tǒng)的一個主要問題。在許多變頻器制造廠家，對任何系統(tǒng)可能散發(fā)的電磁干擾有嚴(yán)格的限制。由于變頻器中普遍使用了晶閘管、整流二極管及大功率IGBT開關(guān)等非線性元器件，在使用中會產(chǎn)生大量諧波，從而干擾周圍電器正常運行［1］。再加上變頻器采用的脈沖寬度調(diào)制控制技術(shù)在高速切換時，會產(chǎn)生耦合性噪聲，因此，這就導(dǎo)致系統(tǒng)的EMI（電磁干擾）日益嚴(yán)重，相應(yīng)的電磁兼容性也就日漸突顯出其重要性［2］。變頻器產(chǎn)生的干擾主要有三種：對電子設(shè)備的干擾、對通信設(shè)備的干擾及對無線電等產(chǎn)生的干擾［3］。對計算機(jī)和自動控制裝置等電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾主要是感應(yīng)干擾；對通信設(shè)備和無線電等產(chǎn)生的干擾為放射干擾［3］。如果變頻器的干擾問題解決不好，不但系統(tǒng)無法可靠運行，還會影響其他電子、電氣設(shè)備的正常工作。

3.3變頻器電磁干擾的解決措施

解決變頻器電磁干擾主要有以下四種措施：隔離、濾波、接地、屏蔽。通常情況下，屏蔽干擾源是用來抑制電磁干擾的最有效的方法［3］。

（1）在變速調(diào)速系統(tǒng)中，為了提高系統(tǒng)的的抗干擾能力，通常在控制電源端安裝帶穩(wěn)壓作用的隔離變壓器，以減少設(shè)備與地之間的干擾［1］。根據(jù)圖2所示，通訊線插頭安裝在在CC300變頻器1柜內(nèi)的變頻器檢測板子上，所以也沒有隔離的說法。

（2）設(shè)置濾波器的作用是抑制干擾信號從變流器通過電源線傳導(dǎo)干擾到電源及電動機(jī)，為減少電磁噪聲和損耗，在變頻器輸出、輸入側(cè)可設(shè)置濾波器［3］。而華銳3 MW機(jī)組PM3000W超導(dǎo)變流器已配置電抗器及濾波器。

（3）良好的接地方式往往可以有效抑制內(nèi)部噪聲的耦合、防止外部干擾的侵入，提高系統(tǒng)的抗干擾能力［1］97.采用接地的方法已經(jīng)處理（見上文2.3：現(xiàn)場故障明確定位）且效果不佳，所以直接采取屏蔽電磁干擾的做法。

（4）通常變頻器本身用鐵殼屏蔽，不讓其電磁干擾泄露。特別是用外部信號控制變頻器時，要求信號線盡可能短，且信號線采用屏蔽雙絞線，并與主電路及控制回路完全分離，不能放于同一配管或線槽內(nèi)，周圍電子敏感設(shè)備線路也要求屏蔽［2］97.再據(jù)現(xiàn)場實際、變頻器柜內(nèi)空間以及通訊線的尺寸情況（現(xiàn)場變頻器通訊線與變頻器控制板集中在變頻器檢測板上），直接使用了磁環(huán)屏蔽變頻器的通訊電磁干擾。具體做法為：將變頻器通訊線穿過磁環(huán)，并繞上2匝，如上圖1、2、3所示。

4　真實故障處理案例

2016年5月，該風(fēng)場另一臺機(jī)組也出現(xiàn)了同樣的變流器通訊故障，檢修人員登機(jī)直接采取加裝磁環(huán)屏蔽電磁干擾的做法，故障消除，且3個月內(nèi)再未報過此故障。

5　結(jié)束語

本文通過真實案例以及故障處理流程，了解了電磁干擾的危害性，提高了對電磁干擾的認(rèn)識。為了確保風(fēng)電機(jī)組變流器的安全運行，減少故障率，提高風(fēng)電機(jī)組發(fā)電量，需要的不僅是對風(fēng)電機(jī)組常見故障的處理能力，也要對疑難、生僻的故障有一定的研究及處理能力，特別是需要對故障產(chǎn)生的原因深度剖析，從根源上直接解決相關(guān)類疑難雜癥。

［1］姜紅松，張朝江，師寧.變頻器系統(tǒng)電磁干擾故障分析［J］.變頻器世界，2009，（1）:96-98.

［2］高潔.變頻器電磁干擾問題分析及抑制措施［J］.科技與創(chuàng)新，2014，（3）:47-48.

［3］楊振海，李向云.變頻器應(yīng)用中的干擾及其抑制［J］.機(jī)械管理開發(fā)，2006，（3）:75-76.

Typical Failure Analysis of PM3000W Convertor of Sinovel 3MW SL3000 Wind Turbine

CAI Long，CHEN Wei
（Shenhua Guohua Sheyang Wind Power Co.，Ltd.，Yancheng Jiangsu 224300，China）

The communication failure of PM3000W convertor of sinovel 3MW SL3000 wind turbine of a wind farm in China is very typical.Firstly，the fault code is relatively general.Secondly，the failure is often repeated.Thirdly，the type of fault is extremely rare.

fault handling；fault analysis；wind turbine；convertor；repetitive fault

TM46

B

1672-545X（2016）08-0203-03

2016-05-26

蔡龍（1988-），男，江蘇射陽人，工學(xué)學(xué)士，助理工程師，研究方向：風(fēng)電機(jī)組檢修；陳偉（1988-），男，江蘇鹽都人，工學(xué)學(xué)士，助理工程師，研究方向：風(fēng)電機(jī)組檢修。