淺談風力發(fā)電機組變槳逆變器故障原因和處理

●陳飛

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

一、故障情況

國家電投集團廣西靈山大懷山新能源有限公司已建設的懷山風電場，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，總裝機容量200 兆瓦，共安裝93 臺新疆金風科技公司生產的永磁直驅型風力發(fā)電機組。2021 年8 月10日，懷山風電場99 號風機（單機容量2.5 兆瓦）報2 號變槳逆變器OK 信號丟失故障，導致風機故障，參照金風科技2.5 兆瓦機組變槳系統(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 號風機2 號變槳系統(tǒng)延遲收槳，風機變槳逆變器OK 信號異?！，F(xiàn)場實地查看99 號風機槳葉處于安全位置，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）按照永磁直驅型風機發(fā)電機組葉片變槳（變頻）電氣邏輯原理，首先對變槳系統(tǒng)控制原理進行分析，懷山風電場2.5兆瓦機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）作為風機葉片變槳電機供電，變槳電機為交流異步電機。其次檢查風機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，主要為槳葉轉動的速度指令，并通過控制交流調速裝置驅動交流電動機，帶動槳葉按照控制系統(tǒng)設定的要求和方向進行角度轉動，同時監(jiān)測變槳系統(tǒng)的內部信號（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電磁剎車和冷卻風扇啟停功能，并實時監(jiān)控變槳電機繞組對地絕緣狀態(tài)。

（二）按照金風科技兆瓦機組電纜連接作業(yè)指導書《GW-00FW0050 歸檔版》，再次通過排查99 號風機主控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)，結合故障解釋定義進行邏輯性分析，可得出以下結論：

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

2.變槳電機接地故障，從而導致變槳逆變器OK 信號丟失。

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

最終結合新疆金風科技公司2.5 兆瓦變槳柜Ⅰ型電氣原理圖，通過99 號風機主控系統(tǒng)故障文件中變槳相關變量進行深入分析，初步判斷變槳逆變器損壞，導致變槳逆變器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，驅動器檢查電機的三相電壓對地短接（一相或三相），此時應檢查風機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 號風機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)，重復高電頻閃爍7 次，間歇閃爍9 次后不斷重復，解析為單項電壓低（驅動器檢測變槳電機三相電壓對地短接），電容（內部）充電超時，一相電壓達到電容上限值，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，重點排查99 號風機變槳逆變器（AC-2）、變槳電機、變槳旋轉編碼器、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 號風機1 號變槳模塊至2 號變槳模塊進行測試，分析故障是否轉移來判斷模塊是否損壞。如有，可判斷為變槳模塊損壞，及時進行模塊更換，處理故障過程中，變槳模塊備件已運至現(xiàn)場。

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

第三步：檢測99 號風機變槳逆變器（AC-2）、變槳電機、變槳旋轉編碼器、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，以及其他原因導致變槳信號傳遞不暢等現(xiàn)象，如有，進行接線緊固。

第四步：檢查99 號風機變槳逆變器（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）備件需運至現(xiàn)場。

三、原因分析及處理

（一）現(xiàn)場將99 號風機2 號變槳柜內模塊與正常運行的1 號變槳柜進行相應倒換，1 號變槳系統(tǒng)仍可以正常運行，2 號變槳系統(tǒng)故障無變化，故障未消失，可排除模塊失效導致99 號風機變槳逆變器OK 信號丟失故障。

（二）使用萬用表阻值檔位測量99 號風機變槳電機繞組對地電阻為10 兆歐，繞組對地不導通，可判斷電機無異常。

（三）檢測99 號風機變槳逆變器（AC-2）、變槳電機、變槳旋轉編碼器、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，同時進行接線重新緊固。

（四）按照金風科技2.5 兆瓦風力發(fā)電機組現(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，從而可判斷變槳逆變器損壞。

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

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

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

四、結語

此次99 號風機變槳逆變器OK 信號丟失故障處理事件，最終檢測故障報出是由于風機變槳電機損壞導致，現(xiàn)場針對拆下的變槳電機進行繞組電阻大小及對地導通狀態(tài)測量時，繞組對地電阻為44.6 歐，繞組對地處于導通狀態(tài)。最初檢測風機變槳電機繞組電阻大小及對地測量繞組導通時，由于未拆下變槳電機本體與變槳逆變器（AC-2）電纜連接線，導致檢測結果失真，整體影響了對故障點的判斷，耽誤了故障處理時間，最終重新更換變槳電機后，機組恢復運行狀態(tài)。

通過此次變槳逆變器故障及處理，提醒相關單位和部門，應結合現(xiàn)場風機檢修及巡視檢查工作，加強風機安全隱患排查治理和風險分級管控，重點開展風機變槳系統(tǒng)監(jiān)測，保證風機在緊急情況下能夠正常收槳，避免發(fā)生“黑天鵝”事件，全面提高風電場安全穩(wěn)定運行。