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        淺談風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳逆變器故障原因和處理

        2023-01-05 15:42:04陳飛
        廣西電業(yè) 2022年5期
        關(guān)鍵詞:故障信號

        ●陳飛

        風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳系統(tǒng)是葉片正常收槳的重要保護(hù)之一,尤其是出現(xiàn)風(fēng)機(jī)瞬時故障時,風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)能快速將風(fēng)機(jī)槳葉收回,從而保護(hù)風(fēng)機(jī)安全停運(yùn)。但風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)由于變槳逆變器或變槳電機(jī)故障等原因,均會造成風(fēng)機(jī)葉片收槳不成功,從而影響風(fēng)機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文針對廣西欽州市靈山縣懷山風(fēng)電場2.5 兆瓦直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳逆變器OK 信號丟失故障原因進(jìn)行分析,同時對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳逆變器及變槳電機(jī)故障處理提出相應(yīng)解決方案,全面提高風(fēng)電場安全穩(wěn)定運(yùn)行。

        一、故障情況

        國家電投集團(tuán)廣西靈山大懷山新能源有限公司已建設(shè)的懷山風(fēng)電場,位于廣西欽州市靈山縣新圩鎮(zhèn)、佛子鎮(zhèn)一帶山脊,距離靈山縣約25 千米,距離欽州市約134 千米,總裝機(jī)容量200 兆瓦,共安裝93 臺新疆金風(fēng)科技公司生產(chǎn)的永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。2021 年8 月10日,懷山風(fēng)電場99 號風(fēng)機(jī)(單機(jī)容量2.5 兆瓦)報2 號變槳逆變器OK 信號丟失故障,導(dǎo)致風(fēng)機(jī)故障,參照金風(fēng)科技2.5 兆瓦機(jī)組變槳系統(tǒng)故障解釋手冊《GW-12FA0241 歸檔版》,故障代碼為173。對照查看故障文件發(fā)現(xiàn)99 號風(fēng)機(jī)2 號變槳系統(tǒng)延遲收槳,風(fēng)機(jī)變槳逆變器OK 信號異?!,F(xiàn)場實(shí)地查看99 號風(fēng)機(jī)槳葉處于安全位置,但2 號變槳系統(tǒng)不能執(zhí)行手動變槳操作,變槳逆變器OK 信號反饋處于有規(guī)律的異常狀態(tài)(重復(fù)高電頻閃爍9 次),處于不正常狀態(tài)。

        二、現(xiàn)場檢查與測試

        (一)按照永磁直驅(qū)型風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)組葉片變槳(變頻)電氣邏輯原理,首先對變槳系統(tǒng)控制原理進(jìn)行分析,懷山風(fēng)電場2.5兆瓦機(jī)組葉片變槳控制柜主電路采用交流—直流—交流回路,通過變槳逆變器(AC-2)作為風(fēng)機(jī)葉片變槳電機(jī)供電,變槳電機(jī)為交流異步電機(jī)。其次檢查風(fēng)機(jī)PLC 變槳控制系統(tǒng),通過現(xiàn)場總線(profibus-DP 總線)和主控制系統(tǒng)交互的通信,接受主控制系統(tǒng)指令,主要為槳葉轉(zhuǎn)動的速度指令,并通過控制交流調(diào)速裝置驅(qū)動交流電動機(jī),帶動槳葉按照控制系統(tǒng)設(shè)定的要求和方向進(jìn)行角度轉(zhuǎn)動,同時監(jiān)測變槳系統(tǒng)的內(nèi)部信號(AC-2 OK 信號,變槳方向/速度信號),將指令直接傳遞至主控制系統(tǒng),變槳逆變器(AC-2)同時具備控制變槳電機(jī)電磁剎車和冷卻風(fēng)扇啟停功能,并實(shí)時監(jiān)控變槳電機(jī)繞組對地絕緣狀態(tài)。

        (二)按照金風(fēng)科技兆瓦機(jī)組電纜連接作業(yè)指導(dǎo)書《GW-00FW0050 歸檔版》,再次通過排查99 號風(fēng)機(jī)主控制系統(tǒng)數(shù)據(jù),結(jié)合故障解釋定義進(jìn)行邏輯性分析,可得出以下結(jié)論:

        1.變槳逆變器(AC-2)本體損壞,從而導(dǎo)致風(fēng)機(jī)主控制系統(tǒng)不能正常接收變槳逆變器OK信號。

        2.變槳電機(jī)接地故障,從而導(dǎo)致變槳逆變器OK 信號丟失。

        3.變槳逆變器(AC-2)、變槳電機(jī)、變槳旋轉(zhuǎn)編碼器、變槳充電模塊等電氣元器件之間接線松動,均可導(dǎo)致變槳逆變器OK 信號丟失故障。

        最終結(jié)合新疆金風(fēng)科技公司2.5 兆瓦變槳柜Ⅰ型電氣原理圖,通過99 號風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)故障文件中變槳相關(guān)變量進(jìn)行深入分析,初步判斷變槳逆變器損壞,導(dǎo)致變槳逆變器OK 信號丟失故障。

        (三)主控制系統(tǒng)故障代碼173 解釋為單相電壓低,驅(qū)動器檢查電機(jī)的三相電壓對地短接(一相或三相),此時應(yīng)檢查風(fēng)機(jī)變槳超級電容及充電器至變槳逆變器(AC-2)的并聯(lián)輸入端是否虛接或短路情況。由于此次故障為99 號風(fēng)機(jī)2 號變槳的變槳逆變器心跳信號丟失,故障文件中變槳逆變器OK 信號在故障0 時刻前出現(xiàn)異常,0 時刻后有規(guī)律的異常狀態(tài),重復(fù)高電頻閃爍7 次,間歇閃爍9 次后不斷重復(fù),解析為單項(xiàng)電壓低(驅(qū)動器檢測變槳電機(jī)三相電壓對地短接),電容(內(nèi)部)充電超時,一相電壓達(dá)到電容上限值,變槳逆變器(AC-2)安全端口斷開。

        (四)根據(jù)現(xiàn)場檢測及故障分析,重點(diǎn)排查99 號風(fēng)機(jī)變槳逆變器(AC-2)、變槳電機(jī)、變槳旋轉(zhuǎn)編碼器、變槳充電模塊等電氣元器件之間是否接線松動或虛接或短路。

        第一步:通過倒換99 號風(fēng)機(jī)1 號變槳模塊至2 號變槳模塊進(jìn)行測試,分析故障是否轉(zhuǎn)移來判斷模塊是否損壞。如有,可判斷為變槳模塊損壞,及時進(jìn)行模塊更換,處理故障過程中,變槳模塊備件已運(yùn)至現(xiàn)場。

        第二步:排查99 號風(fēng)機(jī)變槳電機(jī)繞組引出線對地電阻是否異常,通過接線端導(dǎo)通進(jìn)行判斷變槳電機(jī)是否處于正常狀態(tài)。如有,及時更換變槳電機(jī),處理故障過程中,變槳電機(jī)備件需運(yùn)至現(xiàn)場。

        第三步:檢測99 號風(fēng)機(jī)變槳逆變器(AC-2)、變槳電機(jī)、變槳旋轉(zhuǎn)編碼器、變槳充電模塊等電氣元器件之間是否接線松動或虛接或短路,以及其他原因?qū)е伦儤盘杺鬟f不暢等現(xiàn)象,如有,進(jìn)行接線緊固。

        第四步:檢查99 號風(fēng)機(jī)變槳逆變器(AC-2)信號輸入輸出情況,若有信號輸入,無信號輸出,應(yīng)立即更換變槳逆變器(AC-2),處理故障過程中,變槳逆變器(AC-2)備件需運(yùn)至現(xiàn)場。

        三、原因分析及處理

        (一)現(xiàn)場將99 號風(fēng)機(jī)2 號變槳柜內(nèi)模塊與正常運(yùn)行的1 號變槳柜進(jìn)行相應(yīng)倒換,1 號變槳系統(tǒng)仍可以正常運(yùn)行,2 號變槳系統(tǒng)故障無變化,故障未消失,可排除模塊失效導(dǎo)致99 號風(fēng)機(jī)變槳逆變器OK 信號丟失故障。

        (二)使用萬用表阻值檔位測量99 號風(fēng)機(jī)變槳電機(jī)繞組對地電阻為10 兆歐,繞組對地不導(dǎo)通,可判斷電機(jī)無異常。

        (三)檢測99 號風(fēng)機(jī)變槳逆變器(AC-2)、變槳電機(jī)、變槳旋轉(zhuǎn)編碼器、變槳充電模塊等電氣元器件之間連接狀態(tài),變槳逆變器輸入端口交流230 伏,輸出端口直流24 伏正常,排除元器件之間接線松動或虛接或短路等問題,同時進(jìn)行接線重新緊固。

        (四)按照金風(fēng)科技2.5 兆瓦風(fēng)力發(fā)電機(jī)組現(xiàn)場電氣安裝手冊《GW-12FW0027 歸檔版》,通過手動變槳方式,檢查變槳模塊發(fā)出命令(直流24 伏),可正常傳遞至變槳逆變器輸出端口,通過檢測變槳逆變器在直流輸入端電壓正常(直流100 伏)的狀態(tài)下,接收到命令后未輸出(交流49 伏)至變槳電機(jī),從而可判斷變槳逆變器損壞。

        (五)將99 號風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)修改成強(qiáng)制手動狀態(tài),通過強(qiáng)制變槳的方式,消耗超級電容儲存的電能后,進(jìn)行更換變槳逆變器(AC-2),但故障未消除。

        (六)通過分析99 號風(fēng)機(jī)故障文件中故障信號閃爍7 次,變槳電機(jī)存在異常但現(xiàn)場未排查出來的可能,于是將2 號變槳柜內(nèi)變槳逆變器與變槳電機(jī)接線全部轉(zhuǎn)移至1 號變槳電機(jī)后,2號變槳系統(tǒng)恢復(fù)正常,最終判斷變槳電機(jī)故障。

        (七)由于更換變槳電機(jī)需將葉片角度通過手拉葫蘆的方式,強(qiáng)制將葉片轉(zhuǎn)到90°位置,安裝葉片鎖定擋塊,避免電機(jī)拆卸后葉片自動轉(zhuǎn)動造成人員設(shè)備損傷。電機(jī)更換后需要重新對葉片角度進(jìn)行調(diào)整,過程中至少需要兩人進(jìn)行配合,一人變槳一人觀察防止葉片朝相反方向轉(zhuǎn)動,同時避免風(fēng)機(jī)變槳齒形帶撕裂。

        四、結(jié)語

        此次99 號風(fēng)機(jī)變槳逆變器OK 信號丟失故障處理事件,最終檢測故障報出是由于風(fēng)機(jī)變槳電機(jī)損壞導(dǎo)致,現(xiàn)場針對拆下的變槳電機(jī)進(jìn)行繞組電阻大小及對地導(dǎo)通狀態(tài)測量時,繞組對地電阻為44.6 歐,繞組對地處于導(dǎo)通狀態(tài)。最初檢測風(fēng)機(jī)變槳電機(jī)繞組電阻大小及對地測量繞組導(dǎo)通時,由于未拆下變槳電機(jī)本體與變槳逆變器(AC-2)電纜連接線,導(dǎo)致檢測結(jié)果失真,整體影響了對故障點(diǎn)的判斷,耽誤了故障處理時間,最終重新更換變槳電機(jī)后,機(jī)組恢復(fù)運(yùn)行狀態(tài)。

        通過此次變槳逆變器故障及處理,提醒相關(guān)單位和部門,應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場風(fēng)機(jī)檢修及巡視檢查工作,加強(qiáng)風(fēng)機(jī)安全隱患排查治理和風(fēng)險分級管控,重點(diǎn)開展風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)監(jiān)測,保證風(fēng)機(jī)在緊急情況下能夠正常收槳,避免發(fā)生“黑天鵝”事件,全面提高風(fēng)電場安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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