WT2000雙饋異步發(fā)電機(jī)變流器溫升分析及控制方法

張春玲吳永智田 　紅

（1.新疆新能發(fā)展巴里坤風(fēng)力發(fā)電有限責(zé)任公司，新疆 哈密 839000；2.新疆新能發(fā)展有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830000）

WT2000雙饋異步發(fā)電機(jī)變流器溫升分析及控制方法

張春玲1吳永智1田 紅2

（1.新疆新能發(fā)展巴里坤風(fēng)力發(fā)電有限責(zé)任公司，新疆 哈密 839000；2.新疆新能發(fā)展有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830000）

本文對(duì)WT2000雙饋異步發(fā)電機(jī)變流器運(yùn)行過(guò)程中，變流器頻繁報(bào)過(guò)溫故障，機(jī)組頻發(fā)停機(jī)等故障進(jìn)行了分析。對(duì)變流器溫升分析及控制方法，制定控制變流器溫升方法，保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等進(jìn)行了綜合闡述。供參考應(yīng)用。

變流器；散熱器；溫升分析；控制方法

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的核心部件，起到變速恒頻的作用，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一旦失效，更換非常困難，并且費(fèi)用昂貴。

目前2兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組的變流器（WINDTEC）由美國(guó)超導(dǎo)（SMSC）生產(chǎn)，由于PM3000（S/N006-970062）設(shè)備是模塊集成一體，空間小散熱能力差，變流器溫度高造成導(dǎo)熱硅膠老化，大風(fēng)滿負(fù)荷時(shí)，變流器扼流圈溫度高達(dá)100℃（不允許超過(guò)80℃），觸發(fā)變流器溫度高于限值。風(fēng)機(jī)故障停機(jī)，增加故障損失電量，同時(shí)也減少了風(fēng)機(jī)的發(fā)電量，導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益的下降。為了減少或消除該故障現(xiàn)象的發(fā)生，就必須從原理上對(duì)引起發(fā)電機(jī)軸承溫升的原因進(jìn)行分析，從而才能得出有效的控制方法。延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，節(jié)約了成本，增加了發(fā)電量。

1.變流器PM3000機(jī)側(cè)IGBT過(guò)溫

近期發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的多臺(tái)AMSC變流器的PM3000機(jī)側(cè)IGBT運(yùn)行時(shí)溫度偏高，并且容易損壞，部分機(jī)組需限功率運(yùn)行。

2.變流器過(guò)溫原因排查及分析

通過(guò)對(duì)PM3000內(nèi)部機(jī)側(cè)IGBT過(guò)溫情況進(jìn)行匯總分析，故障時(shí)刻機(jī)側(cè)IGBT的溫度超出故障限值100℃，滿發(fā)工況下比正常運(yùn)行機(jī)組高出30℃～40℃（正常為70℃左右）。進(jìn)一步分析認(rèn)為機(jī)側(cè)IGBT溫度過(guò)高是由于其散熱能力不足引起的。

為了進(jìn)一步明確問(wèn)題原因，我們進(jìn)行了變流器水冷系統(tǒng)流量測(cè)試、溫度數(shù)據(jù)錄波分析和IGBT安裝工藝檢查等工作。

2.1變流器水冷系統(tǒng)流量測(cè)試

機(jī)側(cè)IGBT安裝在水冷板上，如果水冷系統(tǒng)流量偏小，則水冷板帶走的熱量少，散熱能力不足就會(huì)造成IGBT溫度偏高。因此，我們對(duì)PM3000模塊機(jī)側(cè)、網(wǎng)側(cè)的進(jìn)出水口流量進(jìn)行了流量測(cè)試，并與溫度正常的PM3000在同條件下進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩者流量幾乎沒(méi)有差別，進(jìn)而否定了水冷系統(tǒng)流量不足造成IGBT過(guò)溫的可能。

2.2變流器溫度數(shù)據(jù)錄波分析

對(duì)運(yùn)行時(shí)機(jī)側(cè)IGBT溫度偏高的PM3000進(jìn)行錄波分析，查看溫度梯度增加時(shí)電壓、電流及功率等量的變化情況，分析發(fā)現(xiàn)變流器在溫度梯度增加前后的功率、電流等量均不存在異常變化，各個(gè)電氣量之間存在相互邏輯關(guān)系，沒(méi)有異常之處，僅溫度偏高，因此可以初步判斷IGBT溫度異常與機(jī)組的運(yùn)行工況無(wú)關(guān)。

2.3變流器IGBT安裝工藝檢查

拆開PM3000，檢查變流器機(jī)側(cè)IGBT在水冷板上安裝情況，發(fā)現(xiàn)IGBT與水冷板接觸面上的導(dǎo)熱硅脂存在干涸、老化現(xiàn)象。分析認(rèn)為導(dǎo)熱硅脂老化會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)熱能力下降，IGBT運(yùn)行時(shí)不能有效散熱，運(yùn)行一段時(shí)間后便會(huì)造成過(guò)溫。

為了驗(yàn)證此分析結(jié)論，我們?cè)趶S內(nèi)對(duì)問(wèn)題PM3000進(jìn)行了重新組裝，使用新的導(dǎo)熱硅脂涂敷在散熱面上，然后對(duì)涂脂前后的PM3000進(jìn)行溫升測(cè)試。經(jīng)過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)：涂脂前1.3MW運(yùn)行工況時(shí)PM3000機(jī)側(cè)IGBT溫度已達(dá)到75℃（為了安全不能增加功率至2.0MW），涂脂后在2.0MW運(yùn)行工況時(shí)PM3000的機(jī)側(cè)IGBT溫度僅為71℃；另一臺(tái)涂脂前1.5MW時(shí)溫度為76℃，涂脂后2.0MW時(shí)溫度為68℃。

鑒于試驗(yàn)效果良好，我們判定PM3000機(jī)側(cè)IGBT過(guò)溫是由于其安裝面上的導(dǎo)熱硅脂老化，散熱能力下降引起的。

3.變流器溫升控制方法及處理措施

為了解決PM3000機(jī)側(cè)IGBT過(guò)溫問(wèn)題，于2016年4月11日制定并下發(fā)了《WT2000系列風(fēng)力發(fā)電機(jī)組AMSC變流柜內(nèi)IGBT導(dǎo)熱硅脂風(fēng)場(chǎng)涂敷工藝》文件，要求使用AMSC變流器的各現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)工藝文件對(duì)所有IGBT過(guò)溫的PM3000進(jìn)行重新涂敷導(dǎo)熱硅脂的工藝處理。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)人員反饋，截至2016年8月24日，巴里坤一期已經(jīng)完成了9臺(tái)PM3000涂脂處理。經(jīng)過(guò)運(yùn)行觀察，處理后的PM3000機(jī)側(cè)IGBT溫度顯著降低，運(yùn)行溫度都已恢復(fù)至正常范圍。

4.效果分析

變流器IGBT溫度偏高，通過(guò)對(duì)變流器導(dǎo)熱硅脂涂敷在散熱面上，變流器溫度在大風(fēng)滿負(fù)荷情況下，變流器溫度在正常范圍內(nèi)運(yùn)行，大大降低了變流器在運(yùn)行中發(fā)熱觸發(fā)故障停機(jī)次數(shù)，減少了故障損失電量。

結(jié)論

自發(fā)現(xiàn)AMSC變流器的PM3000機(jī)側(cè)IGBT過(guò)溫問(wèn)題以來(lái)，采取措施，逐步排查、分析問(wèn)題，快速定位了故障原因，制定并實(shí)施了有效的處理措施。降低了變流器異常發(fā)熱，減少變流器故障次數(shù)，降低故障損失電量，厚積薄發(fā)增加了發(fā)電量，為完成全發(fā)電任務(wù)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1]蘇紹禹.風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)與運(yùn)行維護(hù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2012.

[2]葉杭冶.風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[3]芮曉明.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組裝置技術(shù)參數(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

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