劉喬

（湖南湘電風(fēng)能有限公司，湖南 湘潭 411100）

0 引言

傳統(tǒng)不可再生的化石能源供應(yīng)壓力越來越大并面臨著開采破壞和排放污染等問題，嚴(yán)重影響著全球的生態(tài)環(huán)境。為了應(yīng)對(duì)傳統(tǒng)化石能源存在的各種問題，綠色可再生能源，特別是風(fēng)力發(fā)電，在國內(nèi)外的發(fā)展和應(yīng)用越來越廣泛[1]。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航系統(tǒng)也稱為對(duì)風(fēng)裝置，其作用在于當(dāng)風(fēng)速矢量的方向變化時(shí)，能夠快速平穩(wěn)地迎風(fēng)，以便風(fēng)輪獲得最大的風(fēng)能[2]。機(jī)組的偏航電氣系統(tǒng)一般由主回路開關(guān)、偏航接觸器、偏航電機(jī)、控制繼電器、PLC控制器、偏航計(jì)數(shù)器、風(fēng)速風(fēng)向傳感器等組成。PLC控制器接收到機(jī)組的風(fēng)速風(fēng)向傳感器測(cè)量的風(fēng)速達(dá)到有效風(fēng)速以上，則根據(jù)風(fēng)向偏差數(shù)據(jù)即風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與風(fēng)向夾角，PLC控制器通過偏航控制繼電器的得/失電，控制偏航接觸器的主觸點(diǎn)吸合/斷開，使得偏航電機(jī)正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)/停止。同時(shí)，PLC控制器通過監(jiān)測(cè)偏航計(jì)數(shù)器的數(shù)值控制偏航電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)方式實(shí)現(xiàn)解纜功能，防止機(jī)艙與塔底之間的電纜擰絞過度[3]。偏航接觸器的穩(wěn)定性影響到偏航系統(tǒng)的安全，如果不能夠正常分?jǐn)?，機(jī)艙單方向不斷的偏航轉(zhuǎn)動(dòng)將會(huì)造成機(jī)艙與塔底之間的電纜擰絞過度?；诖?，本文提出一種新型的偏航電機(jī)回路系統(tǒng)，當(dāng)偏航接觸器不能夠正常分?jǐn)鄷r(shí)，仍能夠有效切斷偏航電機(jī)供電回路，大幅提高系統(tǒng)工作可靠性。

1 故障事件經(jīng)過

某風(fēng)電場(chǎng)位于寧夏回族自治區(qū)，現(xiàn)投入運(yùn)行一期共24臺(tái)葉輪直徑為96m的2MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組（下稱機(jī)組）。在運(yùn)行過程中首先觸發(fā)偏航計(jì)數(shù)器限位位置激活故障，風(fēng)電場(chǎng)常軌維護(hù)人員趕往故障機(jī)位的途中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組隨后又出現(xiàn)變流器機(jī)側(cè)過載故障。進(jìn)入機(jī)組排查故障時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)艙與塔底之間的電纜在U型馬鞍段出現(xiàn)了電纜擰絞過度、破皮、相間相地之間電氣短路著火痕跡，偏航接觸器仍處于接通狀態(tài)。

2 故障原因及處理

2.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航系統(tǒng)電氣回路說明

如圖1所示，F(xiàn)1為偏航電機(jī)保護(hù)開關(guān)，KM1為左偏航接觸器，KM2為右偏航接觸器，機(jī)組處于偏航狀態(tài)時(shí)KM1或KM2帶電導(dǎo)通。通過改變偏航電機(jī)供電相序控制其正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)從而實(shí)現(xiàn)機(jī)艙左向或者右向偏航[4]。

2.2 故障原因分析

左偏航接觸器KM1其內(nèi)部故障造成無法正常分?jǐn)?，機(jī)艙一直向左偏航轉(zhuǎn)動(dòng)，最終機(jī)艙與塔底之間的電纜過度擰絞而破損短路造成機(jī)艙400V總供電開關(guān)保護(hù)跳閘才斷開了偏航電機(jī)的供電。

2.3 偏航系統(tǒng)電氣回路的改進(jìn)措施

偏航接觸器的所處的工作環(huán)境較惡劣，其中包括溫度、振動(dòng)、濕度以及鹽霧等一系列因素對(duì)交流接觸器的動(dòng)態(tài)特性有不同程度的影響[5-6]。自然界的風(fēng)隨機(jī)性強(qiáng)，風(fēng)速和風(fēng)向變化頻繁，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航系統(tǒng)經(jīng)常需要頻繁啟停以進(jìn)行迎風(fēng)控制[7]。偏航接觸器動(dòng)作次數(shù)能達(dá)到偏航系統(tǒng)啟停次數(shù)的一半，偏航接觸器工作特性影響到其穩(wěn)定運(yùn)行及使用壽命。針對(duì)出現(xiàn)偏航接觸器無法分?jǐn)嗲闆r，本文提出了幾種通過切除偏航電機(jī)主回路供電的有效、可靠改造方案。

2.3.1 增加主回路接觸器

在偏航接觸器KM1、KM2上級(jí)增加一個(gè)主回路接觸器KM3，KM1、KM2不能夠正常分?jǐn)鄤t通過控制接觸器KM3分?jǐn)嗲谐诫姍C(jī)的供電。

接觸器KM3的控制一般采用以下兩種方式：

（1）偏航系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)接觸器KM3得電接通，偏航系統(tǒng)停止時(shí)接觸器KM3失電分?jǐn)?。偏航系統(tǒng)停止，出現(xiàn)偏航接觸器KM1或KM2未分?jǐn)?，KM3失電分?jǐn)嗳阅軌蚯谐诫姍C(jī)供電。該種改造方式邏輯結(jié)構(gòu)簡單，KM3的動(dòng)作次數(shù)多。

（2）機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)接觸器KM3得電接通，出現(xiàn)偏航系統(tǒng)類故障時(shí)，KM3失電分?jǐn)?。偏航系統(tǒng)停止，出現(xiàn)偏航接觸器KM1或KM2未分?jǐn)啵瑒tPLC控制器控制接觸器KM3失電分?jǐn)?，切除偏航電機(jī)供電。該種改造方式電氣回路結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。

2.3.2 偏航系統(tǒng)主開關(guān)增加電動(dòng)操作裝置

偏航系統(tǒng)主開關(guān)F1加裝電動(dòng)操作裝置，KM1、KM2不能夠正常分?jǐn)鄤t通過F1的電動(dòng)操作裝置分?jǐn)郌1，切除偏航電機(jī)供電。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，偏航系統(tǒng)主開關(guān)F1合閘位置。偏航系統(tǒng)停止，出現(xiàn)偏航接觸器KM1或KM2未分?jǐn)?，則PLC控制器控制主開關(guān)F1的分閘線圈YO得電，F(xiàn)1分閘切除偏航電機(jī)供電。該種改造方式，能控制偏航系統(tǒng)主開關(guān)的分合閘，電氣回路結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜且電動(dòng)操作裝置成本較高。

2.3.3 更換接觸器

（1）定期更換接觸器。更換頻繁造成資源浪費(fèi)且無法杜絕故障事故的發(fā)生。

（2）采用新型的永磁交流接觸器并設(shè)計(jì)控制回路與接觸器進(jìn)行配合工作，電路分正常工作電路和保護(hù)電路兩部分。正常工作電路負(fù)責(zé)控制接觸器進(jìn)行正常的分?jǐn)嗯c吸合操作,保護(hù)電路則負(fù)責(zé)檢測(cè)并觸發(fā)保護(hù)裝置進(jìn)行強(qiáng)制分?jǐn)啾Ｗo(hù)[8]。這種方式采用的電氣回路結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜且器件更換成本較高。

3 結(jié)論

本文提出了接觸器作為常用的開關(guān)電器，其具有較高的使用壽命，但是必須考慮分?jǐn)嗍淼膯栴}和影響，以防止事故的發(fā)生。本文提出的是一類解決接觸器無法分?jǐn)喽斐上掠斡秒娫O(shè)備異常帶電的方法。針對(duì)接觸器發(fā)生無法分?jǐn)嗟那闆r，為保證接觸器下游用電設(shè)備的安全性，在主回路新增冗余接觸器或者在上游的保護(hù)開關(guān)上增加電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)用以分?jǐn)嗷芈?，提高了供電可靠性?/p>