室外集裝箱式SVG故障綜合治理改造

張文沖

摘 要：河南省安陽市某風電場使用型號為PCS-9583-HSVG-GL-Y10-16的動態(tài)無補償裝置，經(jīng)5臺SVG連接變壓器接入35kV I段母線，功率單元模塊冷卻方式為強制風冷型。安陽地區(qū)秋冬季霧霾嚴重，陰雨天氣周期長、空氣濕度大，對室外設(shè)備防潮要求嚴格。設(shè)備投運后因集裝箱內(nèi)部進入大量潮氣問題故障頻發(fā)，經(jīng)過設(shè)備的綜合治理改造，設(shè)備運行可靠性明顯提高。

關(guān)鍵詞：風電場;室外;風冷;集裝箱;故障

前言

目前，SVG是最理想的無功補償方式，采用SVG集裝箱式方案具有明顯的優(yōu)勢，基建安裝工期短、維護量低、損耗低、占地小。因此，大量新投運的風電場使用風冷式室外集裝箱設(shè)備，但室外集裝箱式設(shè)備受外界環(huán)境影響其運行可靠性，在雨雪天氣、高濕環(huán)境下導致SVG設(shè)備頻繁發(fā)生故障跳閘，嚴重影響風電場電氣設(shè)備和電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。本文介紹了因外界環(huán)境導致的SVG設(shè)備頻繁跳閘的技改案例。

1 發(fā)現(xiàn)問題

1.1 概述

故障現(xiàn)場：根據(jù)SVG故障統(tǒng)計分析，故障主要集中在C相模組（最靠近集裝箱底部），且主要發(fā)生在1-4SVG設(shè)備;故障原因大多為集裝箱內(nèi)部進水或潮氣過大，SMC板卡受潮導致通信丟幀跳閘或通訊光纖受電壓擊穿損壞跳閘。原因分析：1.集裝箱外部百葉窗不能有效隔絕潮氣雨水的進入，模塊運行環(huán)境惡劣;2.集裝箱內(nèi)部配置有加熱器和溫控儀數(shù)量少，不能滿足運行期間除濕要求;3.在冬季環(huán)境溫度較低、空氣濕度較大的環(huán)境時，風扇持續(xù)高速運行，將更多潮氣進入集裝箱內(nèi)部，惡化模組的運行環(huán)境。

1.2第一階段技改-初期改造

問題爆發(fā)初期主要嘗試的改造項目有：集裝箱外部加裝雨棚、內(nèi)部加裝防雨漏斗、光纖防護改造等，改善效果不明顯。

1.2.1 雨水大量進入，加熱器不能滿足除濕要求

針對集裝箱在雨水天氣大量雨水進入集裝箱內(nèi)部，導致SVG故障問題，首先通過防止雨水進入、封堵漏點、加裝除濕機等措施來保證集裝內(nèi)部干燥。

集裝箱自身的百葉窗帶有一定的防雨作用，然而在SVG風機開啟，向內(nèi)吸風且雨勢較大的情況下，就會有雨水被吸入集裝箱內(nèi)部的可能形成積水，吸入水汽越多濕度越大，而SVG模組內(nèi)部的電路板和IGBT都屬于較精密的電氣元件，在潮濕的環(huán)境下就有可能會造成短路產(chǎn)生嚴重的故障。

SVG集裝箱內(nèi)部原本安裝有三個加熱器，由KHS-1C溫控器控制，濕度在大于等于70%啟動，小于60%時停止，溫度在小于5℃啟動，在大于15℃時停止。但因在風扇開啟過程中雨水濕氣進入量較大，加熱器不能滿足箱內(nèi)的除濕要求。

1.2.2 加裝防雨漏斗、增加除濕機

為解決此問題，現(xiàn)在每個集裝箱內(nèi)部增加兩個百奧YDA-826E型除濕機用于除濕，并于百葉窗處內(nèi)側(cè)加擋水漏斗。此時再在下雨天有水汽吸入的情況下，吸入的水汽會先擋在擋水漏斗內(nèi)壁而不會吸入SVG模組內(nèi)部，在擋水漏斗內(nèi)壁的水汽也會凝結(jié)順著內(nèi)壁緩緩流下。同時，即使有少量水汽進入集裝箱導致濕度增大的情況，也會因為有兩臺除濕機的工作而改善，同時對漏點進行封堵。

目前除濕機設(shè)定在濕度大于40%時啟動，低風速工作模式，除濕面積可達 60-150㎡，理論上能夠滿足集裝箱內(nèi)部全部空間的除濕要求。

1.2.3 雨天故障率下降，冬天濕度大天氣問題凸顯

在冬季天氣濕度大，進風口處濾棉無法全部吸附進入集裝箱的水份，濾棉飽和后一方面增大進入集裝箱內(nèi)部空氣阻力，一方面導致水份直接進入箱體內(nèi)部。雨雪直接澆淋在百葉窗上，隨著進行散熱空氣流動進行箱體內(nèi)部，加劇內(nèi)部環(huán)境惡化。

除濕機在SVG運行期間除濕效果不明顯，SVG運行期間集裝箱內(nèi)部負壓較高，導致除濕機積水不能正常外排，集水槽水滿后，除濕機停止工作。

1.2.4 加裝防雨棚、等電位連接片

在集裝進風口上方加裝雨棚，防止雨雪直接澆淋在進風口的濾網(wǎng)上，有效隔絕雨水的直接進行箱體。整改前，光纖懸空易感應懸浮電壓對模組外殼放電，整改后將光纖與外殼進行等電位連接

1.2.5修改散熱風扇啟停邏輯

在SVG風扇啟停控制中增加溫控啟?？刂疲犸L扇在20℃停止，在70℃啟動，來減少空氣流動帶入集裝箱內(nèi)部潮氣，并通過模組自身發(fā)熱來達到除潮的目的。在投入該控制后，風扇一天內(nèi)啟停在15次左右，在頻繁啟停對風扇壽命影響不明確的情況下，試運行一段時間后，退出該控制邏輯。

2 深度技改解決問題

2.1 確定最終技改方案并實施

現(xiàn)場結(jié)合上述初期改造的經(jīng)驗和實際情況，經(jīng)過多方多次開會討論，明確對SVG集裝箱箱體進行整體技術(shù)改造，改造內(nèi)容包含：增加加熱器、除濕機，熱風再循環(huán)，遠傳溫、濕度計加裝，閥組溫度高報警，閥組散熱風扇高低速改造：

1、增加加熱器、除濕機：每個集裝箱加熱器由原來的3個增加6個可通過溫控器進行調(diào)節(jié)啟停溫度的加熱器;增加除濕機數(shù)量：將除濕機數(shù)量由原來的2個增加到4個。

2、熱風再循環(huán)改造：集裝箱出風口增加換氣三通，在環(huán)境溫度較高時運行在外循環(huán)，環(huán)境溫度持續(xù)偏低且濕度較大時運行在內(nèi)循環(huán)，同時在兩側(cè)安裝進風百葉窗，增大進風量，降低進風風速，防止雨水等吸入集裝箱內(nèi)。

3、增加遠傳溫濕度儀：在閥廳內(nèi)部安裝溫濕度計，上送至監(jiān)控后臺，保證運行人員實時監(jiān)控閥廳溫度度情況。

4、增加閥組溫度高報警功能：在SVG后臺增加閥組溫度70℃報警功能，當溫度超過70℃時，發(fā)出聲光報警。

5、風扇高低速改造：現(xiàn)場使用為定速風機，改造為星形及角形接線，可以通過人為操作風機運行切換開關(guān)來實現(xiàn)風機的星角接切換。星型接線方式風機的最大功率約為角型接線的 2/3，可有效減少風量。

3 結(jié)論

3.1 原因分析

根據(jù)SVG故障統(tǒng)計分析，故障主要集中在C相模組（最靠近集裝箱底部），且主要發(fā)生在1-4SVG設(shè)備;故障原因大多為集裝箱內(nèi)部進水或潮氣過大，導致SMC板卡受潮導致通信丟幀跳閘或通訊光纖受電壓擊穿損壞跳閘。原因分析：

1.集裝箱外部百葉窗不能有效隔絕潮氣雨水的進入，模塊運行環(huán)境惡劣;

2.集裝箱內(nèi)部配置有加熱器和溫控儀數(shù)量少，不能滿足運行期間除濕要求;

3.在冬季環(huán)境溫度較低、空氣濕度較大的環(huán)境時，風扇持續(xù)高速運行，將更多潮氣進入集裝箱內(nèi)部，惡化模組的運行環(huán)境。

3.2 運行模式

改造后SVG運行模式分為非冬季模式和冬季模式。

1.非冬季模式：氣溫較高，濕度不高。在SVG運行時，為保證SVG熱量充分散去，建將SVG的風機運行方式切換至三角型接法，并將三通風道更切換至外部循環(huán)。

2.冬季模式：冬季氣溫較低，且經(jīng)常出現(xiàn)大霧天氣，濕度較大，因此在SVG運行時，風機運行方式切換至星型接法，并將三通風道切換至內(nèi)部循環(huán)，功率柜柜門的百葉窗可以使用帶磁條的布等進行遮擋，減少柜門進風，避免閥廳吸入濕氣。

3.3結(jié)論

目前已改造完成的SVG運行狀況良好，未出現(xiàn)因陰雨天氣造成SVG跳閘事件，該技改創(chuàng)新成功且徹底的解決了室外集裝箱式SVG設(shè)備因環(huán)境潮濕等外界原因?qū)е骂l繁跳閘的問題。月平均單臺跳閘次數(shù)由1.4下降至0.1次，運行可靠性大幅度提升，年節(jié)約成本102.5萬元，符合預期要求。

參考文獻：

[1]王漢青.通風工程 第2版.機械工業(yè)出版社，2018年06月.

[2]國網(wǎng)冀北電力有限公司.無功補償裝置故障典型案例分析.中國電力出版社，2019年11月.