波形分析在風(fēng)電機(jī)組變流器故障處理中的應(yīng)用

1雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組工作原理簡(jiǎn)介

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是風(fēng)輪捕獲風(fēng)能,經(jīng)過(guò)齒輪箱增速驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行發(fā)電的設(shè)備。雙饋異步發(fā)電機(jī)是在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子中施加三相低頻交流電實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁,通過(guò)變流器調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的幅值、頻率、相序,確保發(fā)電機(jī)輸出功率恒頻恒壓。發(fā)電機(jī)為三相繞組式異步發(fā)電機(jī),定子繞組直接與電網(wǎng)連接,轉(zhuǎn)子繞組通過(guò)變流器與電網(wǎng)連接。

圖1為風(fēng)電變流器主電路結(jié)構(gòu)圖。機(jī)側(cè)變流器根據(jù)當(dāng)前的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速(發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速由當(dāng)前風(fēng)速大小決定)向轉(zhuǎn)子繞組饋入所需的勵(lì)磁電流,完成定子磁鏈定向矢量控制任務(wù),實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲和定子輸出有功/無(wú)功的調(diào)節(jié)。

要實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變速恒頻運(yùn)行,從機(jī)側(cè)變流器饋入轉(zhuǎn)子繞組的勵(lì)磁電流頻率f2須滿(mǎn)足式(1)的條件:

式中,f1為定子電流頻率,與電網(wǎng)頻率相同(50Hz):p為發(fā)電機(jī)極對(duì)數(shù):fm為轉(zhuǎn)子機(jī)械頻率,fm=n/60(n為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速):f2為轉(zhuǎn)子電流頻率。

(1)當(dāng)n小于定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速ns(s為轉(zhuǎn)差率)時(shí),發(fā)電機(jī)處于亞同步運(yùn)行狀態(tài),式(1)取正號(hào),此時(shí)變流器向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供交流勵(lì)磁,發(fā)電機(jī)由定子發(fā)出電能給電網(wǎng):

(2)當(dāng)n大于ns時(shí),處于超同步運(yùn)行狀態(tài),式(1)取負(fù)號(hào),此時(shí)發(fā)電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子同時(shí)向電網(wǎng)輸送電能,即雙饋:

(3)當(dāng)n等于ns時(shí),處于同步運(yùn)行狀態(tài),f2=0,變流器向轉(zhuǎn)子提供直流勵(lì)磁。

因此,當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速n變化時(shí),即pfm變化,若控制f2相應(yīng)變化,可使f1保持恒定不變,即與電網(wǎng)頻率50Hz保持一致,也就實(shí)現(xiàn)了變速恒頻控制。

2波形分析故障案例

某風(fēng)電場(chǎng)#2風(fēng)機(jī)報(bào)變流器系統(tǒng)故障,遠(yuǎn)程可復(fù)位,下載變流器故障時(shí)刻波形,借助波形分析方法快速定位故障點(diǎn)。

2.1機(jī)組并網(wǎng)時(shí)動(dòng)作過(guò)程

并網(wǎng)開(kāi)關(guān)電氣接線圖如圖2所示。

(1)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到并網(wǎng)轉(zhuǎn)速,DC-1ink電壓上升:

(2)DC-1ink電壓上升至1000V,停止勵(lì)磁接觸器K3斷開(kāi):

(3)sU發(fā)出勵(lì)磁信號(hào),勵(lì)磁開(kāi)關(guān)03閉合:

(4)sU、HU檢測(cè)到電網(wǎng)無(wú)故障(K34閉合狀態(tài)):

(5)網(wǎng)測(cè)接觸器閉合(K27閉合):

(6)IGBT開(kāi)始工作(K29閉合):

(7)并網(wǎng)輔助接觸器閉合(K7閉合):

(8)并網(wǎng)主接觸器閉合(K1閉合):

(9)并網(wǎng)(010閉合)。

2.2故障波形分析

下載故障時(shí)刻波形,依次調(diào)出發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速波形、有功功率波形、三相定子電流波形、定子電壓波形、轉(zhuǎn)子電流波形,確定故障相。再逐一分析故障相各波形變化。

由圖3波形可看出,故障前A相ILsC(輸入IGBT的電流)、IMsC(勵(lì)磁電流)和Istater(并網(wǎng)電流)均處于正常狀態(tài):在故障時(shí)刻Istater(并網(wǎng)電流)突然為零,而ILsC和IMsC波形發(fā)生了畸變,說(shuō)明并網(wǎng)回路在此刻斷開(kāi)?，F(xiàn)場(chǎng)查看發(fā)現(xiàn)并網(wǎng)開(kāi)關(guān)(010)并未動(dòng)作,而故障時(shí)電網(wǎng)也無(wú)故障。

從圖4可以看出各開(kāi)關(guān)的動(dòng)作順序。首先動(dòng)作了Gen.CB,即并網(wǎng)開(kāi)關(guān)(010)或并網(wǎng)主接觸器(K1)。從現(xiàn)場(chǎng)處理情況看,因先后更換了欠壓線圈和微控制器Micro1ogic,且故障中010未動(dòng)作,可排除并網(wǎng)開(kāi)關(guān)損壞的可能。判斷造成故障的原因?yàn)椴⒕W(wǎng)主接觸器K1損壞。

機(jī)組報(bào)出變流器系統(tǒng)故障(M10),復(fù)位后機(jī)組可正常運(yùn)行,但在高負(fù)荷時(shí)報(bào)出同樣故障。判斷并網(wǎng)主接觸K1可能在高電壓沖擊下發(fā)生接觸不良的情況,因而在高負(fù)荷時(shí)出現(xiàn)異常斷開(kāi)現(xiàn)象。

2.3故障處理

更換K1主接觸器后故障排除。

3結(jié)語(yǔ)

變流器作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的核心部件,且多為純進(jìn)口型,故障處理效率直接影響到發(fā)電效率。通常,運(yùn)維人員在故障處理時(shí)多憑借經(jīng)驗(yàn),通過(guò)更換相關(guān)元器件的方式來(lái)查找和排除故障,這種方法效率較低。而采用波形分析方法排查故障點(diǎn),首先要熟知雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行原理,其次要對(duì)變流器工作原理和并網(wǎng)時(shí)各元器件動(dòng)作過(guò)程熟練掌握。在此基礎(chǔ)上,充分利用變流器自帶的故障錄波功能,對(duì)記錄的故障波形進(jìn)行分析,快速查找出故障點(diǎn),恢復(fù)機(jī)組運(yùn)行,故障處理效率則大為提高。