苗寶平，楊 博

（中廣核新能源控股有限公司內(nèi)蒙古分公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000）

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組三相電流不平衡故障分析

苗寶平，楊 博

（中廣核新能源控股有限公司內(nèi)蒙古分公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000）

中廣核蘇尼特右旗風(fēng)電場(chǎng)多臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)組頻繁出現(xiàn)三相電流不平衡故障，通過(guò)對(duì)故障的分析和排查故障點(diǎn)過(guò)程的詳細(xì)說(shuō)明希望可以給其他風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行參考。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)；發(fā)電機(jī)；三相電流；不平衡

1 背景說(shuō)明

中廣核蘇尼特右旗風(fēng)電場(chǎng)使用50臺(tái)北重FD80-2000型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，2009年投產(chǎn)，在最近的幾個(gè)月時(shí)間內(nèi)多臺(tái)風(fēng)機(jī)出現(xiàn)三相電流不平衡報(bào)警問(wèn)題，導(dǎo)致頻繁停機(jī)；經(jīng)過(guò)調(diào)去后臺(tái)數(shù)據(jù)分析后，該故障多發(fā)生在低風(fēng)速階段，也有個(gè)別風(fēng)機(jī)在高風(fēng)速階段也出現(xiàn)不平衡。當(dāng)發(fā)生三相電流不平衡是會(huì)給機(jī)組、箱變、電網(wǎng)帶來(lái)極大的危害。

2 三相電流不平衡懂的危害

（1）可能造成燒斷線路、燒毀開(kāi)關(guān)設(shè)備的嚴(yán)重后果：不平衡時(shí)重負(fù)荷相電流過(guò)大（增為3倍），超載過(guò)多。由于發(fā)熱量Q＝0.24I2Rt，電流增為3倍，則發(fā)熱量增為9倍，可能造成該相導(dǎo)線溫度直線上升，以致燒斷。且由于中性線導(dǎo)線截面一般應(yīng)是相線截面的50%，但在選擇時(shí)，有的往往偏小，加上接頭質(zhì)量不好，使導(dǎo)線電阻增大。中性線燒斷的幾率更高。在配電屏上，造成開(kāi)關(guān)重負(fù)荷相燒壞、接觸器重負(fù)荷相燒壞，因而整機(jī)損壞等嚴(yán)重后果。

（2）在三相負(fù)荷不平衡運(yùn)行下的變壓器，必然會(huì)產(chǎn)生零序電流，而變壓器內(nèi)部零序電流的存在，會(huì)在鐵芯中產(chǎn)生零序磁通，這些零序磁通就會(huì)在變壓器的油箱壁或其他金屬構(gòu)件中構(gòu)成回路。但配電變壓器設(shè)計(jì)時(shí)不考慮這些金屬構(gòu)件為導(dǎo)磁部件，則由此引起的磁滯和渦流損耗使這些部件發(fā)熱，致使變壓器局部金屬件溫度異常升高，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致變壓器運(yùn)行事故。

（3）增加高壓線路跳閘次數(shù)、降低開(kāi)關(guān)設(shè)備使用壽命：我們知道高壓線路過(guò)流故障占相當(dāng)比例，其原因是電流過(guò)大。低壓電網(wǎng)三相負(fù)荷不平衡可能引起高壓某相電流過(guò)大，從而引起高壓線路過(guò)流跳閘停電，引發(fā)大面積停電事故，同時(shí)變電站的開(kāi)關(guān)設(shè)備頻繁跳閘將降低使用壽命。

3 三相電流不平衡可能的原因

（1）計(jì)量出錯(cuò)的排除。三相電流的計(jì)量通過(guò)三個(gè)CT（2500A/5A），穿入woodward計(jì)量模塊，然后通過(guò)CANBus協(xié)議傳給風(fēng)機(jī)主控，由主控對(duì)三相電流進(jìn)行比較判斷，當(dāng)三相偏差超過(guò)預(yù)設(shè)值（95A）時(shí)，故障報(bào)警，停機(jī)，在這部分，可能的故障點(diǎn)是woodward模塊和CT。排除的方法是使用大電流的鉗型電流表（或者電網(wǎng)分析儀）對(duì)電流值進(jìn)行測(cè)量，并將結(jié)果與風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)顯示值對(duì)比，是否存在誤差，如果存在誤差，則首先更換Woodward模塊，再對(duì)比。如果依然存在偏差，則判斷CT不準(zhǔn)確的可能性大。檢查電流互感器時(shí)還要注意變頻系統(tǒng)控制邏輯，北重FD80-2000型機(jī)組定子側(cè)電流互感器為兩相安裝測(cè)量，另一相通過(guò)變頻系統(tǒng)本身根據(jù)安裝電流互感器的兩相采集數(shù)據(jù)進(jìn)行第三相電流計(jì)算，如果兩個(gè)電流互感器其中一個(gè)測(cè)量不精確后會(huì)導(dǎo)致三相電流均出現(xiàn)偏差。

（2）回路中出現(xiàn)負(fù)載不平衡（不少于15個(gè)可能源頭）》根據(jù)圖紙進(jìn)行逐一排查，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電回路一般會(huì)比較長(zhǎng)，由于回路中設(shè)計(jì)元件較多首先檢查諧波濾波回路，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行啟動(dòng)時(shí)變頻器進(jìn)行充電、勵(lì)磁時(shí)諧波濾波回路接觸器便會(huì)動(dòng)作，而機(jī)組遇到低風(fēng)速時(shí)便會(huì)頻繁脫網(wǎng)并網(wǎng)，導(dǎo)致諧波濾波回路接觸器頻繁動(dòng)作損壞概率變大。檢查濾波濾波接觸器，查看觸頭發(fā)現(xiàn)灼傷現(xiàn)象嚴(yán)重，分析由于使用時(shí)間久，動(dòng)作頻繁，導(dǎo)致觸頭吸合不牢靠，其中一相或者兩相接觸不牢靠，無(wú)法正常濾波會(huì)出現(xiàn)電流偏高，成為影響三相電流不平衡原因之一。檢查定子并網(wǎng)接觸器和并網(wǎng)斷路器回路觸點(diǎn)接觸電阻，使用直流電橋，檢查并網(wǎng)斷路器的接觸電（手動(dòng)儲(chǔ)能與合閘），并網(wǎng)斷路器內(nèi)動(dòng)靜觸頭 同樣頻繁動(dòng)作，使用到達(dá)壽命后機(jī)械機(jī)構(gòu)還可以正常工作，而觸頭損壞嚴(yán)重時(shí)接觸不良也會(huì)導(dǎo)致某相接觸不良，接觸電阻增高，成為影響三相電流不平衡原因。

圖1 發(fā)電機(jī)測(cè)試儀ALLTest檢查

圖2 發(fā)電機(jī)直流電阻相間阻值

檢查變頻柜的加熱與預(yù)充電回路的電阻平衡性和開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)：在E010Q3的下口2、4、6和K016K3上口之間測(cè)量預(yù)充電電阻的平衡性；在E010Q3的2、4、6和K116K3之間的電阻平衡性，測(cè)量加熱電阻的平衡性；檢查接觸器K016K3和K116K3觸點(diǎn)的可靠性變頻器發(fā)電機(jī)側(cè)Du/dt濾波器的RC回路檢查在converteam變頻器的機(jī)側(cè)，在變頻電流進(jìn)入發(fā)電機(jī)之前，并入了一組RC濾波器，檢查該部分RC濾波器的平衡性。檢查發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子接線盒內(nèi)的接線端子力矩的均勻性；檢查發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子直流電阻值的平衡性；檢查發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子滑環(huán)碳刷的磨損情況、碳刷的一致性。如圖1、圖2所示。

諧波濾波器的檢查，測(cè)量電容的平衡性：大電容的容值為496uF左右，小電容的容值在20左右；和小電容連接的電阻值是32KΩ；3組大電容和3組小電容，當(dāng)某一組電容損壞后無(wú)法正常工作。

當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組內(nèi)部所有可能導(dǎo)致三相電流不平衡產(chǎn)生的原件檢查完畢后，需要對(duì)箱變進(jìn)行檢查，主要檢查低壓測(cè)斷路器動(dòng)靜觸頭接觸電阻，高壓測(cè)繞組相見(jiàn)電阻。

4 結(jié)語(yǔ)

工欲善其事必先利其器為了故障的排查，工具的必須完備。需要配備一下工具：萬(wàn)用表Fluke179或者類(lèi)似產(chǎn)品，可以測(cè)量電容，電阻等；直流電橋：QJ84直流電橋，用于測(cè)量精密電阻；建議配備發(fā)電機(jī)測(cè)試儀ALLTest IV Pro或者類(lèi)似產(chǎn)品，用于檢查發(fā)電機(jī)的健康狀態(tài)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)生三相電流不平衡后會(huì)帶來(lái)比較嚴(yán)重的后果，所以在檢查中應(yīng)該細(xì)致從圖紙中分析每一個(gè)元器件。一般小電阻電容的會(huì)被忽視，因?yàn)樾‰娮桦娙輷p壞后對(duì)整機(jī)電流影響比較微弱，但長(zhǎng)時(shí)間不健康運(yùn)行會(huì)損壞其他元器件，在日常運(yùn)行中需要多觀察數(shù)據(jù)情況，機(jī)組例行巡檢時(shí)也應(yīng)多測(cè)量易損元器件，降低故障發(fā)生幾率。

[1]何顯富.風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)、制造與運(yùn)行[M].北京.化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

[2]廖明夫.風(fēng)力發(fā)電技術(shù)[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2009.

苗寶平（1982-），男，內(nèi)蒙古人，大學(xué)本科，工程師，主要研究方向：自動(dòng)化。