風電機組發(fā)電機繞組端溫度高故障分析及處理

文 | 張新旺

風電機組發(fā)電機繞組端溫度高故障分析及處理

文 | 張新旺

機組電控系統(tǒng)或測量儀器采集信號時，可能受到各種干擾而產(chǎn)生誤差。這種誤差輕則使測量準確度降低，重則使測量結(jié)果失去意義。當受干擾的信號用于控制和保護機組系統(tǒng)時，可能導致誤報故障或誤動作，甚至造成重大事故的發(fā)生。發(fā)電機自身就是一個交變的強電磁場，它產(chǎn)生的干擾屬于人為噪聲，在物理空間內(nèi)影響范圍較大。用于發(fā)電機繞組溫度測量的電子元件和設(shè)備，由于置身于強電磁場中，必將受到極強的電磁干擾，或者由于接線工藝不規(guī)范，也有可能受到電磁干擾。

一臺功率為3.0MW機組，發(fā)電機繞組溫度測量系統(tǒng)如圖1所示，定子采用了6套Pt100溫度傳感器測量繞組溫度（另有6套傳感器為備用），然后通過信號電纜傳送至發(fā)電機旁邊的機艙柜內(nèi)的巴赫曼PLC，最后經(jīng)PLC處理發(fā)送至就地控制面板和中央監(jiān)控后臺。

故障現(xiàn)象描述

22#機運行時，通過就地控制面板或中央監(jiān)控可以明顯地看出發(fā)電機繞組溫度值波動較大，特別是1V相溫度波動非常大（70℃－135℃之間跳變），而且從中央監(jiān)控的瞬態(tài)數(shù)據(jù)中也可以明顯地看出發(fā)電機繞組溫度跳變幅值和變化頻率較大，其生成的曲線不平滑，迭加有高次諧波，并有隨機粗大干擾信號，如圖2所示。

但是，22#機處于停機或待機時，面板顯示的發(fā)電機繞組溫度值基本無變化、比較穩(wěn)定。只要機組并網(wǎng)，發(fā)電機繞組溫度值就連續(xù)波動，并且主干擾波隨著發(fā)電機負荷的增加，其幅值也增大。查看故障文件，可知這臺發(fā)電機繞組的溫度最大值已超過故障報警值。

故障分析

當環(huán)境溫度稍高（大于20℃）和并網(wǎng)負荷較大時，22#機報發(fā)電機繞組溫度高故障，查看故障手冊故障值為120℃。 這臺發(fā)電機無法與其他機組對比分析繞組溫度，因為該風電場這臺機組的發(fā)電機與其他機組的發(fā)電機不相同。

分析繞組溫度值波動大的原因：6個傳感器同時損壞的概率很小，所以先判斷發(fā)電機溫度采集模塊PLC是否正常；如果模塊正常，那么可以斷定故障原因是電磁干擾造成的，須查出受干擾的部位。從機組裝配方面分析，機組無論是總裝廠電氣接線還是現(xiàn)場電氣接線，都可能存在一些問題，如接入機艙控制柜的各種電纜和信號線的工藝較差，特別是現(xiàn)場安裝單位接線很不規(guī)范，以至于機艙柜和底板下方布線混亂，這對模擬信號傳輸造成很大的影響，

如圖3所示；或者設(shè)計方面電纜選型不合理，造成信號傳輸中受到嚴重的干擾。

由經(jīng)驗可知，如果信號電纜（線）使用不合理、不正確，那么其屏蔽層起不到抗干擾的能力。發(fā)電機的強電磁場對測溫傳感器的金屬測溫探頭及導線在強電磁場下將產(chǎn)生相當大的感應(yīng)電流，其在傳感器輸入回路上產(chǎn)生的壓降與有用信號疊加一并送入后面的測量電路，直接成為干擾信號，使溫度示值產(chǎn)生很大誤差或者根本無法進行穩(wěn)定的溫度測量。同時，感應(yīng)電流在探頭及導線上將產(chǎn)生歐姆熱，使其自身溫度升高，將會產(chǎn)生很大的熱誤差。

故障處理方案

對故障數(shù)據(jù)分析，可知溫度跳變的可能原因是采集信號受電磁干擾造成，干擾信號是發(fā)電機內(nèi)部電磁場和外部干擾共同引起（如機艙變壓器和動力電纜），如果干擾源主要來自發(fā)電機內(nèi)部電磁場，那么可能需要設(shè)計和制造一套濾波器，用以消除發(fā)電機內(nèi)部的干擾；如果主要干擾源來自發(fā)電機外部，那么需要重新布線或更換信號電纜。排查順序為：

（1）先用萬用表測量傳感器的阻值是否正常，以初步判斷溫度傳感器是否正常。參照經(jīng)驗公式：

其中：Y為計算阻值，單位為Ω；X為當前溫度，單位為℃。計算當前溫度下的Pt100 的阻值，如阻值偏差超過1Ω則需更換傳感器。

（2）與其他正常的溫度傳感器倒換模塊通道以判斷PLC是否正常。

（3）檢查信號接地是否正常，以排查受電磁干擾的部位。

（4）重新敷設(shè)發(fā)電機溫度傳感器接線盒至機艙控制柜的溫度傳感器信號電纜。

故障處理過程

在機艙控制內(nèi)的溫度采集模塊上，將環(huán)境溫度傳感器信號線與任一相發(fā)電機繞組溫度傳感器的信號線（如1V相）對換通道，觀察機組在停機和并網(wǎng)時就地面板顯示的環(huán)境溫度和1V相繞組溫度值。試驗結(jié)果是：環(huán)境溫度值波動較大，1V相繞組溫度值正常，這就說明PLC模塊是正常的，并用萬用表測得發(fā)電機繞組溫度傳感器的阻值也是正常的，所以故障原因可確定為發(fā)電機溫度信號受到了電磁干擾。

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，從發(fā)電機溫度傳感器接線盒至機艙控制柜的溫度信號電纜兩端屏蔽層都未接地，并且走線不規(guī)范。因此，

將電纜兩端屏蔽層剝出并按照工藝要求接地，一端接至機艙柜接地銅排，另一端接至發(fā)電機溫度傳感器接線盒內(nèi)的接地端子處，并且重新布置溫度信號電纜走線。啟機并網(wǎng)觀察數(shù)據(jù)，發(fā)電機繞組溫度值仍然存在較大的波動，問題未解決。

模擬量信號采集和傳輸受電磁干擾是多方面因素造成的，應(yīng)按照一定的順序一步一步排查。再仔細檢查發(fā)電機溫度傳感器接線盒，用萬用表測得接線盒內(nèi)的接地端子與任何接地都是不導通的，即接地端子與導軌未接通，如圖4所示。按技術(shù)規(guī)范，將接線端子排的接地端子與其導軌接通。啟機并網(wǎng)觀察數(shù)據(jù)，發(fā)電機繞組溫度值仍然存在較大的跳變，問題還是沒有解決。

最后，拆除發(fā)電機溫度傳感器接線盒至機艙控制柜的這段信號電纜，將事先準備好的若干米長的多芯信號（屏蔽）電纜接至二者之間。通過更換信號電纜，可以將干擾范圍縮小至發(fā)電機。啟機并網(wǎng)觀察發(fā)電機繞組溫度數(shù)據(jù)：面板顯示除2V相之外其余繞組溫度跳變幅值和頻率都很小，溫度傳感器受干擾的問題基本解決了，但2V相的溫度值仍然劇烈跳變；再將2V相溫度傳感器出線接至備用溫度傳感器。啟機并網(wǎng)，發(fā)電機繞組溫度值無跳變，完全滿足發(fā)電機穩(wěn)定運行的要求，如圖5所示。由此可知，2V相溫度傳感器存在測量誤差大的原因很可能是溫度傳感器在發(fā)電機內(nèi)部存在安裝問題，或傳感器本體存在問題。

結(jié)論

這臺機組的發(fā)電機繞組溫度信號電纜屏蔽性能差以及未良好接地，在機組并網(wǎng)運行時發(fā)電機和外部環(huán)境產(chǎn)生很大的交變電磁場，這對繞組溫度測量和信號傳輸產(chǎn)生較大的干擾，或者在電機內(nèi)部溫度傳感器安裝不合理，如預(yù)埋位置或布線，也將使溫度傳感器信號受到很大的電磁耦合，這都是造成發(fā)電機溫度傳感器測溫不準確的原因。由這個故障處理可知，處理模擬量信號采集和傳輸失真的問題，應(yīng)考慮受電磁干擾原因，逐步縮小受干擾范圍，最終找到干擾源；對干擾信號進行測試，是分析干擾的前提。防電磁干擾主要有四項措施，即屏蔽、濾波、布線和接地。

（作者單位：新疆金風科技股份有限公司）