●陳飛
風(fēng)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(fēng)機瞬時故障時,風(fēng)機變槳系統(tǒng)能快速將風(fēng)機槳葉收回,從而保護風(fēng)機安全停運。但風(fēng)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(fēng)機葉片收槳不成功,從而影響風(fēng)機安全穩(wěn)定運行。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)電機組變槳逆變器OK 信號丟失故障原因進行分析,同時對風(fēng)力發(fā)電機組變槳逆變器及變槳電機故障處理提出相應(yīng)解決方案,全面提高風(fēng)電場安全穩(wěn)定運行。
國家電投集團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)電機組。2021 年8 月10日,懷山風(fēng)電場99 號風(fēng)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(dǎo)致風(fēng)機故障,參照金風(fēng)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(fēng)機2 號變槳系統(tǒng)延遲收槳,風(fēng)機變槳逆變器OK 信號異?!,F(xiàn)場實地查看99 號風(fēng)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(fù)高電頻閃爍9 次),處于不正常狀態(tài)。
(一)按照永磁直驅(qū)型風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(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,帶動槳葉按照控制系統(tǒng)設(shè)定的要求和方向進行角度轉(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電磁剎車和冷卻風(fēng)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(fēng)科技兆瓦機組電纜連接作業(yè)指導(dǎo)書《GW-00FW0050 歸檔版》,再次通過排查99 號風(fēng)機主控制系統(tǒng)數(shù)據(jù),結(jié)合故障解釋定義進行邏輯性分析,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(dǎo)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(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)機主控系統(tǒng)故障文件中變槳相關(guān)變量進行深入分析,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)動器檢查電機的三相電壓對地短接(一相或三相),此時應(yīng)檢查風(fēng)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(fēng)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(fù)高電頻閃爍7 次,間歇閃爍9 次后不斷重復(fù),解析為單項電壓低(驅(qū)動器檢測變槳電機三相電壓對地短接),電容(內(nèi)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(fēng)機變槳逆變器(AC-2)、變槳電機、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1 號變槳模塊至2 號變槳模塊進行測試,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(fēng)機變槳電機繞組引出線對地電阻是否異常,通過接線端導(dǎo)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(fēng)機變槳逆變器(AC-2)、變槳電機、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,進行接線緊固。
第四步:檢查99 號風(fēng)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(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)備件需運至現(xiàn)場。
(一)現(xiàn)場將99 號風(fēng)機2 號變槳柜內(nèi)模塊與正常運行的1 號變槳柜進行相應(yīng)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(dǎo)致99 號風(fēng)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(fēng)機變槳電機繞組對地電阻為10 兆歐,繞組對地不導(dǎo)通,可判斷電機無異常。
(三)檢測99 號風(fēng)機變槳逆變器(AC-2)、變槳電機、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(fēng)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(fēng)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(nèi)變槳逆變器與變槳電機接線全部轉(zhuǎn)移至1 號變槳電機后,2號變槳系統(tǒng)恢復(fù)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(zhuǎn)到90°位置,安裝葉片鎖定擋塊,避免電機拆卸后葉片自動轉(zhuǎn)動造成人員設(shè)備損傷。電機更換后需要重新對葉片角度進行調(diào)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(zhuǎn)動,同時避免風(fēng)機變槳齒形帶撕裂。
此次99 號風(fēng)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(fēng)機變槳電機損壞導(dǎo)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(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)機變槳電機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(fù)運行狀態(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)機檢修及巡視檢查工作,加強風(fēng)機安全隱患排查治理和風(fēng)險分級管控,重點開展風(fēng)機變槳系統(tǒng)監(jiān)測,保證風(fēng)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(fēng)電場安全穩(wěn)定運行。