吳思宇，張晨剛，李源

華能新能源股份有限公司河北分公司，河北石家莊，050000

0 引言

分析風(fēng)電變流器預(yù)防性維護(hù)檢測技術(shù)，有利于升級當(dāng)前風(fēng)電機(jī)組常規(guī)維護(hù)工作。近些年，很多業(yè)主開始自主維護(hù)大部分的風(fēng)電機(jī)組，但是在風(fēng)電變流器常規(guī)維護(hù)過程中，每年都需要定期更換清洗濾網(wǎng)，同時需要定期開展器件除灰等工作，這就需要提高維護(hù)人員工作專業(yè)性和責(zé)任心，因?yàn)楫?dāng)前還沒有成熟的變流器深度維護(hù)檢修的工作站，因而需要加強(qiáng)研究風(fēng)電變流器預(yù)防性維護(hù)檢測技術(shù)，完善預(yù)防性維護(hù)檢測系統(tǒng)，進(jìn)一步提高整體檢測水平，保障風(fēng)電交流器運(yùn)行的安全性和可靠性。

1 風(fēng)電變流器預(yù)防性維護(hù)檢測技術(shù)應(yīng)用背景

風(fēng)電變流器應(yīng)用時間比較長，將會引發(fā)器件老化，并且增加整體設(shè)備的故障率，因?yàn)橄募練鉁乇容^高，機(jī)組在滿功率運(yùn)行過程中更容易發(fā)生故障。很多企業(yè)重視這一問題，利用維護(hù)手冊安排專業(yè)檢修人員定期深度維護(hù)變流器，完成維護(hù)工作之后可以在短期內(nèi)緩解變流器過溫情況，但是在長時間運(yùn)行過程中還會產(chǎn)生過溫故障，不利于徹底解決問題[1]。

變流器功率模塊的散熱片原材料為鋁翅板，鋁翅板的上面具有散熱絨面，但是在長時間運(yùn)行過程中很容易沾染油污灰塵，而且很難清理干凈，從而降低整體散熱效率。深度維護(hù)可以緩解過溫情況，但是無法徹底解決問題。

針對上述問題，需要利用風(fēng)電變流器預(yù)防性維護(hù)檢測技術(shù)，及時完善風(fēng)電變流器預(yù)防性維護(hù)檢測體系，彌補(bǔ)傳統(tǒng)交流器檢修維護(hù)不足的問題，徹底解決風(fēng)電變流器使用過程中的過溫問題，同時需要做好日常老化測試，及時發(fā)現(xiàn)并且解決故障隱患，優(yōu)化檢修處理效果，提高風(fēng)電變流器機(jī)組利用率[2]。

2 風(fēng)電變流器劣化因素

2.1 電氣因素的影響

在風(fēng)電變流器機(jī)組運(yùn)行過程中，如果風(fēng)電機(jī)組發(fā)生超發(fā)問題，將會導(dǎo)致電流絕緣材料溫度出現(xiàn)異常情況，再加上風(fēng)電機(jī)組故障等因素影響，將會引發(fā)導(dǎo)體出現(xiàn)過熱老化的問題。電氣因素還會直接影響過負(fù)荷分合斷路器，在實(shí)際運(yùn)行過程中產(chǎn)生電弧火花，導(dǎo)致觸頭發(fā)生氧化問題，最終燒蝕主斷路器的接頭，此外在接觸器實(shí)際運(yùn)行過程中也會出現(xiàn)這種問題。

在風(fēng)電變流器的實(shí)際運(yùn)行過程中，因?yàn)殡妷汉屠纂姷确矫娴挠绊?，過電壓將會影響風(fēng)電機(jī)組的絕緣性，如果絕緣材料出現(xiàn)單點(diǎn)破壞的問題，將會隨之放大局部放電的破壞范圍，將會引發(fā)風(fēng)電變流器機(jī)組的安全隱患，甚至?xí)a(chǎn)生全面劣化的局面[3]。

2.2 機(jī)械因素的影響

風(fēng)電變流器機(jī)組在長期運(yùn)行過程中，各個組件將會產(chǎn)生磨損問題，例如觸頭很容易發(fā)生磨損，或者線圈發(fā)生老化問題等。因?yàn)樽兞髌鳈C(jī)身具有較大的負(fù)荷，在實(shí)際運(yùn)行過程中因?yàn)闄C(jī)械應(yīng)力的影響，可能會引發(fā)變流器螺栓松動、端子排接線不實(shí)等問題，這會影響到信號反饋，導(dǎo)致機(jī)組出現(xiàn)誤報、頻繁報警等現(xiàn)象。而且在風(fēng)電變流器振動的同時將會引發(fā)沖擊問題，因此也無法有效避免機(jī)體疲勞劣化問題。

2.3 發(fā)熱因素

在維護(hù)工作中需要重點(diǎn)關(guān)注風(fēng)電變流器的發(fā)熱問題，因?yàn)轱L(fēng)電變流器很容易發(fā)生發(fā)熱問題，變流器長期處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，再加上發(fā)生短路問題和設(shè)備老化等問題，將會引發(fā)變流器各個部件發(fā)生變形或者松弛等問題，如果接頭發(fā)生松動問題，將會影響到密封效果。不斷升高溫度之后，將會氧化絕緣材料，降低絕緣性之后將會引發(fā)短路風(fēng)險。在電氣開關(guān)操作過程中，電弧將會影響到部分材料，導(dǎo)致材料發(fā)生變形或者燒蝕問題[4]。

2.4 環(huán)境因素

環(huán)境因素也會影響風(fēng)電變流器維護(hù)檢修工作。因?yàn)轱L(fēng)電變流器工作環(huán)境比較特殊，很容易產(chǎn)生灰塵和油污，而且長時間處于高溫環(huán)境和潮濕環(huán)境，很容易影響風(fēng)電變流器運(yùn)行的正常性，此外可能會有一些小動物啃咬信號線路，嚴(yán)重破壞信號線路完整性。

3 風(fēng)電變流器預(yù)防性維護(hù)檢測技術(shù)

風(fēng)電變流器預(yù)防性維護(hù)檢測技術(shù)發(fā)揮著重要的作用，電力行業(yè)并沒有系統(tǒng)性地規(guī)定風(fēng)電變流器檢測方式，在實(shí)際工作中主要是參考相關(guān)數(shù)據(jù)和工作經(jīng)驗(yàn)。根據(jù)風(fēng)電變流器供應(yīng)商提出的數(shù)據(jù)參數(shù)，并且結(jié)合風(fēng)電變流器實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，不斷調(diào)整預(yù)防性維護(hù)檢測方案和技術(shù)。在維護(hù)檢測風(fēng)電變流器的時候，如果利用單一定檢方式，無法保障風(fēng)電變流器運(yùn)行的安全性，甚至因?yàn)闆]有及時開展維護(hù)檢測工作，而存在故障因素引發(fā)緊急停機(jī)。因此需要梳理風(fēng)電變流器預(yù)防性維護(hù)檢測工作的關(guān)鍵點(diǎn)，有序推進(jìn)預(yù)防性維護(hù)檢修工作，顯著降低風(fēng)電變流器的運(yùn)行風(fēng)險[5]。

3.1 預(yù)防性維護(hù)原理

如果風(fēng)電變流器的絕緣材料出現(xiàn)擊穿或者老化等問題，將會引發(fā)風(fēng)電變流器發(fā)生劣化失效等問題，而且隨著時間的延長，將會不斷加劇風(fēng)電變流器的劣化狀態(tài)，最終引發(fā)功能失效等問題。風(fēng)電變流器的某些功能性故障通常不是在一瞬間發(fā)生，而是長期漸變發(fā)生的，而且在劣化過程中很難發(fā)現(xiàn)可識別的狀態(tài)量，在發(fā)生真正的功能故障之前，潛在故障正在不斷地惡化，因此需要利用預(yù)防性維護(hù)技術(shù)及時排查潛在的故障，避免引發(fā)嚴(yán)重的后果。

風(fēng)電變流器的設(shè)計(jì)壽命通常為30年，并且保障使用壽命在20年以上，但是因?yàn)轱L(fēng)電變流器的工作環(huán)境比較惡劣，在實(shí)際運(yùn)行過程中存在各種影響因素，而且內(nèi)部器件具有不同的性能，導(dǎo)致一些器件逐漸不符合設(shè)計(jì)初衷。如果器件產(chǎn)生潛在故障，將會逐漸降低功能狀態(tài)，引起存在電氣安全的裕量。器件的主要功能和安全參數(shù)等符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，還可以正常使用器件。具體情況如圖1所示：圖中ADF屬于自然劣化曲線，而ABCE屬于異常劣化的曲線，A代表器件發(fā)生劣化的初始點(diǎn)，B代表器件劣化可以檢測到的定損點(diǎn)，C代表器件需要維修的故障點(diǎn)，D代表維修保養(yǎng)之后的恢復(fù)點(diǎn)，ΔT代表狀態(tài)監(jiān)測時間的間隔。如果器件產(chǎn)生潛在故障，將會在A點(diǎn)產(chǎn)生偏離，并且順著ABCE曲線發(fā)展，在這一過程中將會不斷降低設(shè)備功能，如果在BC段通過檢測發(fā)現(xiàn)故障，并且有效處理了故障，將會達(dá)到最佳止損點(diǎn)，避免加快劣化，否則將會引發(fā)功能失效，甚至?xí)l(fā)電氣事故。通過監(jiān)測設(shè)備工作狀態(tài)，可以在BC段及時修復(fù)發(fā)現(xiàn)的潛在故障，可以及時規(guī)避后續(xù)問題，保障預(yù)防性維護(hù)效果[6]。

圖1 預(yù)防性維護(hù)示意圖

3.2 預(yù)防性維護(hù)監(jiān)測技術(shù)

通過統(tǒng)籌分析風(fēng)電變流器運(yùn)行過程中存在的問題，其主要可以劃分為過熱型事故和發(fā)電型故障。發(fā)生過熱型隱患之后，將會在內(nèi)部器件和線路電纜以及電氣接頭等位置發(fā)生發(fā)熱問題，持續(xù)性發(fā)熱將會引燃絕緣材料，最終發(fā)展為火災(zāi)事故。放電型故障指的是損壞密封器件，導(dǎo)致絕緣材料發(fā)生受潮或者受損等問題，同時會產(chǎn)生游離放電或者電暈等，最終引發(fā)絕緣擊穿等問題，引發(fā)安全事故。

上述故障隱患不適合利用傳統(tǒng)的電氣檢測方法，可以利用紅外檢測技術(shù)和超聲波檢測技術(shù)，可以在供電狀態(tài)中檢測設(shè)備缺陷，并且可以定位故障發(fā)生的位置，有效分析故障性質(zhì)和成因等，進(jìn)一步保證整體供電狀態(tài)的可靠性和安全性[7]。

針對過熱型隱患，工作人員可以利用紅外檢測設(shè)備測量風(fēng)電變流器，在實(shí)際工作中主要是利用紅外測溫儀和紅外熱像儀等設(shè)備，其中紅外熱像儀具備智能診斷能力，在實(shí)際工作中利用紅外探測器和光學(xué)成像物鏡等，接收被測目標(biāo)的紅外輻射能量，并且可以在紅外探測器的光敏元件中反映出來，因此建立紅外熱像圖，同時利用不同的顏色顯示不同的溫度，隨后利用圖像處理技術(shù)準(zhǔn)確地分析設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

針對放電型隱患，需要利用超聲波檢測設(shè)備測量運(yùn)行中的風(fēng)電變流器，通常是利用超聲波局部放電檢測儀，主要是通過外差法轉(zhuǎn)化電氣局部放電的高頻噪聲為電流信號，隨后利用內(nèi)部處理轉(zhuǎn)化為音頻信號，再借助高頻接收器接收超聲波信號，通過分析音質(zhì)和強(qiáng)度，及時精確性地檢測放電現(xiàn)象，并且可以準(zhǔn)確地定位故障點(diǎn)，有利于及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患。在超聲波變流器檢修平臺運(yùn)行過程中主要是利用外部交流230V供電，提供兩路電力輸出口，為檢修工作提供便利。檢修平臺主要包括靜音空壓機(jī)和超聲波去污臺以及電子元件驅(qū)動測試系統(tǒng)[8]。

風(fēng)電變流器具有較長的使用時限，環(huán)境和運(yùn)行條件等會影響風(fēng)電變流器運(yùn)行，在交流器功率柜中很容易產(chǎn)生灰塵，從而影響風(fēng)機(jī)散熱效果，尤其在夏季很容易產(chǎn)生溫度過高的情況。綜合利用超聲波檢測技術(shù)和檢修維護(hù)平臺，可以整體拆下交流器功率單元模塊，通過清理積累的灰塵，在超聲波振動槽中放置，可以深度清洗功率單元的散熱片，同時利用水循環(huán)過濾器收集清洗出來的污垢。完成清洗工作之后可以開展熱風(fēng)循環(huán)，快速蒸發(fā)功率模塊附著的液體。深度清理功率單元之后，可以利用IGBT驅(qū)動測試系統(tǒng)測試功率單元組件，檢測脈沖信號的正常性，如果可以滿足設(shè)備要求，可以直接安裝變流器。如果沒有通過功率單元功能測試，可以利用測試系統(tǒng)單獨(dú)檢測母線排和電容硬件性能，及時分析故障發(fā)生的原因。

4 風(fēng)電變流器預(yù)防性維護(hù)檢測方案

4.1 斷路器

斷路器可以保護(hù)風(fēng)電機(jī)組和電網(wǎng)線路連接，有利于保護(hù)整個機(jī)組。主斷路器還可以發(fā)揮計(jì)數(shù)功能，因?yàn)榘l(fā)生故障之后斷路器可以分?jǐn)啻箅娏?，因此降低?nèi)部絕緣性，只能參考動作次數(shù)，可以選用紅外技術(shù)檢測內(nèi)部動靜觸頭和外部接頭的溫度，從而確定接觸效果，通過利用超聲波檢測技術(shù)可以確定斷路器滅弧室是否存在放電問題。

4.2 熔斷器

在風(fēng)電變流器多個部位設(shè)置熔斷器，如果發(fā)生過負(fù)荷發(fā)熱問題可以快速熔斷，避免擴(kuò)散故障。如果長時間使用熔斷器，將會引發(fā)腐蝕和氧化等問題，會改變?nèi)垠w特性。因?yàn)槭艹倍鴵p壞滅弧性能，降低其分?jǐn)嚯娏髂芰?，在紅外檢測過程中，因?yàn)槿蹟嗥骱腿垠w表面的溫度值通常是超過正常值的，可以合理提取正常值，比較相鄰熔斷器。也可以利用超聲波檢測技術(shù)檢測熔斷器接線端子，確定是否存在局部放電問題[9]。

4.3 接觸器

可以利用交流接觸器頻繁接通和分段交流電路，如果供電電壓比較高，因?yàn)轭l繁操作將會影響接觸器鐵芯斷面的平整性，接觸器動鐵芯發(fā)生機(jī)械故障，如果內(nèi)部觸頭接觸效果較差，將會引發(fā)觸點(diǎn)過熱問題，可以利用紅外熱像儀全面檢測內(nèi)部發(fā)生的過熱故障，根據(jù)溫度場分布情況開展診斷工作。

因?yàn)轱L(fēng)電機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行過程中頻繁地操作接觸器，在斷開和閉合內(nèi)部觸點(diǎn)的時候會產(chǎn)生氣隙擊穿和火花等問題，最終引發(fā)燒蝕和損傷等，甚至?xí)龤Ы佑|器。可以利用超聲波探測儀器全面監(jiān)測，精確定位發(fā)生故障的部位，為檢修工作提供參考數(shù)據(jù)。

4.4 電阻器

在風(fēng)電交流器中設(shè)置預(yù)充電電阻，實(shí)現(xiàn)直流母線預(yù)充電，為了保障風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行，可以在低電壓穿越回路中設(shè)置電阻器，發(fā)揮機(jī)組保護(hù)作用。如果電阻器出現(xiàn)接觸不良等問題，可以利用紅外熱成像技術(shù)完成檢測工作。

4.5 電抗器

在風(fēng)電變流器的機(jī)側(cè)和網(wǎng)側(cè)安裝電抗器，在運(yùn)行過程中發(fā)生電路過流和過壓等問題將會損壞電抗器。電抗器高溫部位很容易發(fā)生損壞問題，這是因?yàn)橥獠凯h(huán)境因素的影響，將會劣化絕緣材料和絕緣結(jié)構(gòu)，因此需要利用紅外成像技術(shù)預(yù)測性評估溫度分布情況。還可以利用超聲波檢測技術(shù)提前預(yù)警電抗器漏電現(xiàn)象。

5 結(jié)論

風(fēng)電變流器的工作條件和工作環(huán)境非常復(fù)雜，因此在實(shí)際運(yùn)行過程中存在各種問題，威脅整個機(jī)組運(yùn)行的安全性，因此需要利用風(fēng)電變流器預(yù)防性維護(hù)檢測技術(shù)，結(jié)合實(shí)際情況利用紅外檢測技術(shù)和超聲波檢測技術(shù)，及時發(fā)現(xiàn)風(fēng)電變流器的隱患問題。