雙饋機組并網(wǎng)斷路器故障原因分析及運維建議

王搏遠

摘要：目前，我國風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運行大都以雙饋技術(shù)為主導(dǎo)。而對于雙饋機組的并網(wǎng)來說，大都是斷路器和接觸器兩種主要模式。機組在運行過程中，并網(wǎng)接觸器和斷路器都會產(chǎn)生一定的故障，本文對其故障產(chǎn)生的原因進行分析，并提出相應(yīng)解決建議，以供諸位參考、評價。

關(guān)鍵詞：雙饋機組;并網(wǎng);斷路器;故障;運維

前言

風(fēng)能作為一種潔凈型可再生能源，已經(jīng)被越來越多的人們所認(rèn)可。但是，在風(fēng)電發(fā)電雙饋機組在運行過程中，其并網(wǎng)斷路器會出現(xiàn)各種故障，需要通過技術(shù)手段對其進行解決，以此穩(wěn)固風(fēng)能發(fā)電的長效可持續(xù)性發(fā)展。

1雙饋機組并網(wǎng)斷路器故障原因分析

1.1接觸器并網(wǎng)斷路故障

1.1.1接觸器鐵芯吸和功能失效

通常來講，對于雙饋機組并網(wǎng)斷路器來說，又可以細化分為接觸器和斷路器。接觸器可以對正常電路條件下的電流進行分?jǐn)唷⒔油?、承載，其特點在于機械開關(guān)電器的非手動操作。此外，它是一種控制用開關(guān)，可以用于電機的啟動、停機控制，并可以實現(xiàn)頻繁通斷負載及遠距離控制。此外，接觸器的額定電流沒有斷路器大，包括接觸器若想開斷短路電流，需要與熔斷器進行配合，通常來講，就額定電流開斷次數(shù)來說，接觸器可以達到35萬次以上，因此可以對其進行較為頻繁的操作。具體來說，常見的接觸器故障大體可以分為電磁系統(tǒng)故障和觸頭系統(tǒng)故障，接觸器鐵芯的吸和功能出現(xiàn)問題，這屬于電磁系統(tǒng)的故障，由于接觸器的工作線圈在頻繁工作過程中存在過熱問題，因此導(dǎo)致線圈燒損或者線圈中斷，線路出現(xiàn)錯誤、動觸點被卡住、銜鐵機械部分失靈、卡槽卡住、輔助觸動點松動等情況，這在一定程度上導(dǎo)致了接觸器鐵芯功能的失效。而且，彈簧壓力不足等原因也都是導(dǎo)致接觸器鐵芯吸和功能失效的主要因素。

1.1.2接觸器鐵芯無法釋放

在接觸器工作的過程中，由于鐵芯端面上存有一定的污垢，或者在剩磁的作用下，從而使得靜鐵芯和動鐵芯出現(xiàn)了黏附的問題[1]。此外，非磁性墊片在直流電器中的損壞，也使得在銜鐵閉合后，最小氣隙還會在此基礎(chǔ)上變小。在接觸器線圈中有交流電通過后，會有相應(yīng)感抗產(chǎn)生，而且，線圈中電流的大小與感抗的大小具有較強關(guān)聯(lián)性。通常，線圈的感抗對于交流電磁鐵來說，在鐵芯沒有閉合的情況下感抗較小，并且會有較大的電流通過，而這也是線圈在吸和時線圈的功率為最大的原因。因此，一旦交流接觸器完成了吸合到吸持的轉(zhuǎn)換后，由于線圈功耗大，再加上又處于長時間的工作，所以溫度也會隨之上升。一般而言，交流接觸器的鐵芯在工作較長時間后，其溫度可以達到55℃以上，尤其在夏天高溫的環(huán)境下，環(huán)境溫度也有35℃以上，這樣會使線圈的溫度更高，這勢必會加速接觸器鐵芯的老化情況，并使接觸器鐵芯的使用壽命縮短。而從另一個方面來講，在通電線圈的周圍有磁場的存在，但是鐵芯又不是密閉的，因此會在鐵芯接觸的過程中出現(xiàn)漏磁的情況，就是人們通常所說的漩渦，而這也是鐵芯發(fā)熱的一個重要原因。

1.1.3接觸器冒煙燒損

對于接觸器冒煙燒損的問題來說，又分為觸頭系統(tǒng)故障和電磁系統(tǒng)故障、觸頭系統(tǒng)故障指的是由于觸點過熱而導(dǎo)致的灼傷;以及觸點熔焊問題而出現(xiàn)的接觸面融化。對于觸點灼傷這種情況，大多是因為觸點的容量不夠，或者接觸器啟動的過于頻繁，因此導(dǎo)致無法同步接觸三相觸點，再者，觸點接觸面的磨損，表面不平或者有雜質(zhì)，都是造成觸點過熱灼燒的原因。此外，就觸點熔焊問題來說，它指的是電弧在嚴(yán)重的情況下會產(chǎn)生高位，從而使得動靜觸頭在接觸面融化后較難分離。而造成這種現(xiàn)象的原因大體是由于負載側(cè)短路、初壓力減小、容量過小、觸頭彈簧損壞等。而對于電磁系統(tǒng)故障來說，指的是電源電壓比線圈工作電壓高或低，以及線圈絕緣老化或線圈匝間短路。

1.1.4接觸器噪音過大

在交流接觸器電磁系統(tǒng)的運行過程中，若是發(fā)出的聲音較為微弱，則屬于一種正常現(xiàn)象，但是，對于聲音異常或者聲音過大的情況，則說明電磁系統(tǒng)可能存在較大的故障。具體來說，接觸器噪音過大其主要產(chǎn)生原因大體為，動靜鐵芯端面有污垢、歪斜、不平，或者交流接觸器出現(xiàn)了震裂的情況。此外，由于鐵芯與銜鐵的接觸不良而導(dǎo)致銜鐵出現(xiàn)歪斜的情況。在鐵芯與銜鐵經(jīng)過較多次的碰撞后，會使接觸面出現(xiàn)變形或者磨損的情況，這都會使得在吸和的過程中有噪音和震動產(chǎn)生，進而導(dǎo)致鐵芯有加速損壞的情況發(fā)生。此外，短路環(huán)損壞也是導(dǎo)致接觸器噪音過大的一個原因，在交流接觸器的運行過程中，多次碰撞鐵芯后，在鐵芯端面內(nèi)嵌裝的短路環(huán)會出現(xiàn)脫落或者斷裂的情況，而在這一過程中，會使鐵芯出現(xiàn)較為強烈的振動，并發(fā)出較大的噪音。而且，對于短路環(huán)的斷裂問題來說，大都發(fā)生在槽口或者槽外的轉(zhuǎn)角部分。再者，機械方面的因素也會產(chǎn)生噪音問題。觸頭因活動而產(chǎn)生的卡阻問題，或者觸頭過大的原因，都會導(dǎo)致鐵芯和銜鐵較難完全吸和，因此也會出現(xiàn)噪音和振動，

1.2斷路器并網(wǎng)斷路故障

1.2.1故障導(dǎo)致斷路器跳閘

雙饋機組并網(wǎng)斷路器不僅可以對正常電路下的電流進行接通、分?jǐn)唷⒊休d，也可以在非常規(guī)情況下，承載、接通、分?jǐn)嚯娏鞯囊环N機械電器開關(guān)。此外，還具有過載、短延時、瞬時保護以此實現(xiàn)短路和過載保護，是一種具有保護作用的開關(guān)。也就是說，斷路器的主要作用在于，具有短路、過載以及欠電壓保護功能，是一種可以對電源能力及線路進行保護的斷路器。通常斷路器還可以對相對較大的負荷以及更大的短路電流進行承受，并具有自動斷路的功能，可以在雙饋機組的用電設(shè)備及電力線路的斷開、接通、自我保護中進行應(yīng)用。風(fēng)力發(fā)發(fā)電機組在設(shè)計過程中，就已經(jīng)設(shè)定了并網(wǎng)斷路器的保護定值，并且，對于其延時過載保護，具有較強的反時限功能。運行中的斷路器發(fā)生跳閘后，除對斷路器進行復(fù)位，對發(fā)電機相序、轉(zhuǎn)速以及變流器進行檢查外，還應(yīng)對斷路器整定值進行檢查，測試其相間絕緣電阻、對地絕緣電阻。確保斷路器運行狀態(tài)良好。

1.2.2分析靜態(tài)合閘及無法分閘原因

就并網(wǎng)斷路器的不能分閘原因，以及靜態(tài)合閘原因進行分析，會發(fā)現(xiàn)在并網(wǎng)斷路器完成其儲能功能后，儲能杠上端會被合閘半軸上鎖住。并且，在合閘線圈銜鐵會形成一種沖擊作用，并且使得撞擊力在合閘半軸上進行傳遞，在儲能彈簧傳遞過來的力與合閘摩擦因數(shù)相乘的數(shù)字沒有撞擊力大的情況下，會使得合閘出現(xiàn)半軸旋轉(zhuǎn)的情況，直到其轉(zhuǎn)到合閘半軸的缺口，會將儲能彈簧的能力進行瞬間釋放，從而使得動靜觸頭機構(gòu)出現(xiàn)合閘的現(xiàn)象。

1.2.3分析觸頭爆炸原因

通常來講，在觸頭爆炸后，對其原因進行分析，發(fā)現(xiàn)其動觸頭的觸點會呈現(xiàn)出熔化的狀態(tài)，并且靜觸頭的導(dǎo)弧板已經(jīng)與觸頭形成了完全的融合，同時動觸頭的軟連接也已經(jīng)被燒斷。此外，也發(fā)現(xiàn)觸頭室內(nèi)有較多的灰塵堆積，而積灰問題可以使絕緣性降低，并且也使接觸電阻偏大，而這些也都是觸頭爆炸的原因。

1.3華銳SL1500型風(fēng)力發(fā)電機組并網(wǎng)斷路器故障分析

1.3.1網(wǎng)側(cè)接觸器未正常脫開

故障原因通常為網(wǎng)側(cè)接觸器控制繼電器粘連，導(dǎo)致網(wǎng)側(cè)接觸器A1口一直有230V供電。網(wǎng)側(cè)接觸器異常吸合，導(dǎo)致網(wǎng)側(cè)濾波回路及變頻器損壞，350A保險燒損。可將控制繼電器更換為接觸器，增加系統(tǒng)可靠性。

1.3.2定子接觸器未正常脫開

在接觸器未正常脫開，故障電流未達到690V斷路器保護整定值的情況下，在過載保護整定值時間內(nèi)存在故障擴大風(fēng)險。造成此種情況的原因可能為接觸器粘連或變頻器故障未能斷開接觸器控制電源，故障擴大可能導(dǎo)致機艙發(fā)生火災(zāi)。SL1500型風(fēng)機發(fā)電機額定功率1500kw，出口電壓690VAC，額定電流約為1255A。塔基690VAC斷路器設(shè)置過載保護保護電流整定值1468A，時間整定值27s。設(shè)置短延時保護保護電流整定值2696A，時間整定值0.3s。

為保證在發(fā)生此種情況時，PLC能夠控制塔基 TBC110 柜斷路器或箱變斷路器斷開迅速切斷電源，可進行系統(tǒng)保護升級技術(shù)改造。技改后當(dāng) PLC 判斷機艙300柜定子接觸器應(yīng)處于斷開狀態(tài)但定子接觸器反饋信號在合位時，PLC能夠控制新增繼電器 K131.6及K131.7，使 TBC110 690VAC斷路器及箱變斷路器分閘。切斷電源，控制故障范圍，保證風(fēng)電機組安全運行。

2雙饋機組并網(wǎng)斷路器運維建議

2.1接觸器并網(wǎng)運維建議

2.1.1檢查元件控制回路

就接觸器并網(wǎng)運行中接觸器鐵芯的不能吸和問題而言，這是由于一旦電壓過低就會導(dǎo)致接觸器存在不斷吸和斷開的現(xiàn)象，因此需要對控制電路或者控制電源進行檢查，并將電壓調(diào)整至正常值。對于回路電源電壓沒有超出80%額定電壓的情況，在電磁線圈通電后會使得電磁力變小，因此無法使動鐵芯直接朝著靜鐵芯進行吸附，因此使得接觸器的吸和出現(xiàn)不緊或者緩慢的情況，這時應(yīng)對回路的電源電壓進行控制，并將其調(diào)整到額定工作電壓。具體來說，包括可動部分變形、生銹轉(zhuǎn)軸、卡住等情況而使得接觸器吸和出現(xiàn)異常，在處理過程中，需要將動靜鐵芯拆下，然后檢查其功能，并適當(dāng)將間隙調(diào)小，還應(yīng)對支承桿和轉(zhuǎn)軸進行清洗，必要的情況下，也可以對配件進行更換。而對于鐵芯板面的不平整問題，包括沿著疊片厚度朝著外向擴張的情況，可以使用銼刀對其進行修整，必要時也需要對鐵芯進行更換。而就短路環(huán)斷裂的問題來說，可以更換同樣尺寸的短路環(huán)。此外，還應(yīng)對接觸器線圈兩端的電壓進行檢查，對于沒有電壓的情況，應(yīng)對其回路進行檢查，也可以將損壞的電氣元器件進行更換。而對于由于外部原因引起的接觸器故障，需要在對外部故障進行排查后，再對接觸器或者線圈進行更換。

2.1.2檢查接觸器墊片及觸頭

接觸器在雙饋機組中的應(yīng)用，具有便利遠距離控制、操作簡單、動作快速等優(yōu)勢，此外，還具有零電壓和欠電壓的保護作用。所以，對接觸器的故障問題進行快速判斷，是電工必修的一門技能[2]。對于鐵芯端面存有污垢的情況，需要利用汽油將其進行清洗。而對于非磁性墊片在直流電磁中的損壞來說，應(yīng)直接對接觸器或者墊片進行更換。對接觸器觸頭的檢查應(yīng)對接觸器吸合后各相的導(dǎo)通電阻進行測試，測試電阻阻值小于300微歐為合格，如有一相測試結(jié)果超過該數(shù)值，應(yīng)解體檢查接觸器主觸頭是否需打磨或更換。對三相中任意一相磨損厚度超過3mm、嚴(yán)重?zé)龘p或開焊脫落的觸點進行更換。對輕微燒損的觸點進行打磨處理。打磨或更換后的接觸器動靜觸點在重裝時應(yīng)對準(zhǔn)，三相應(yīng)能夠同時閉合。如三相觸點動作不一致應(yīng)調(diào)節(jié)觸點彈簧使三相觸點動作一致。接觸器恢復(fù)后應(yīng)對接觸器相間絕緣電阻使用500V絕緣搖表進行測量，其相間阻值不應(yīng)低于10兆歐。還需要對輔助觸點進行檢查，包括確保其安裝是否到位，對于活動卡槽的模式問題，應(yīng)對輔助觸點進行更換。而就彈簧壓力不足的問題來說，這會使得接觸器的吸和出現(xiàn)不正常的問題。在彈簧反作用力較大的情況下，也會使得吸和變得緩慢。觸頭的釋放壓力與彈簧壓力過大，會使得觸頭無法完全閉合。所以，可以對彈簧壓力進行適當(dāng)調(diào)整，或者對彈簧進行更換。

2.1.3更換與電壓相符的線圈

對于接觸器線圈的絕緣老化或者線圈匝間短路的情況，應(yīng)對接觸器或者線圈進行更換;而對于線圈的工作電源與電壓不相符的情況，應(yīng)對線圈進行更換，以此確保電源電壓與工作電壓相符。

2.1.4檢查接觸器噪音及振動

對于接觸器噪音過大的問題來說，可以對鐵芯的極面做抹平處理，也可以將線圈拆下并進行挫平處理;也可以利用汽油對油污進行清理。而對于鐵芯斷裂的問題來說，可以對其進行更換，還應(yīng)緊固校正鐵芯，避免歪斜現(xiàn)象。此外，對于短路環(huán)的斷裂問題來說，應(yīng)在對其進行維修的過程中，需要按照原樣對其進行重新更換，或者焊接牢固斷裂處，并對其進行加固處理，可以采用環(huán)氧樹脂作為加固原料。并且，還應(yīng)對觸頭的大小進行控制，并且保證銜鐵和鐵芯應(yīng)完全吸和，以此對噪聲和振動問題進行避免。對于鐵芯端面上的油垢引起的振動問題，則應(yīng)先將其進行拆卸處理后對其進行清洗[3]。

2.2并網(wǎng)斷路器運維建議

2.2.1加強對斷路器保護定值的檢查

在機組整年期、半年期維護過程中對斷路器保護定值進行核對，包括且不限于過載保護的保護電流、保護時間整定值，短延時保護的保護電流、保護時間整定值，瞬時保護的保護電流、保護時間整定值。

2.2.2對斷路器進行定期檢查

對于雙饋機組并網(wǎng)斷路器的運行來說，需要檢修人員以斷路器的使用情況為依據(jù)，對檢查時間進行確定。正常情況下，應(yīng)每年至少檢查一次;對于經(jīng)歷過重負載后的斷路器來說，也就是說負荷電流高于額定電流的情況下，應(yīng)立即對其進行檢查;而對于新安裝的斷路器，在其的分合閘超過一千次后，也需要檢查機械分合閘性能、觸頭系統(tǒng)、滅弧室等。

2.2.3定期更換斷路器觸頭系統(tǒng)

通常來講，在開斷、合閘的過程中，最容易別耗損的部件就是觸頭，并且，由于開合閘也會在電弧的作用下使觸頭出現(xiàn)磨損，并且，電弧的侵蝕也會使觸頭的接觸面受傷，從而使觸頭的爆炸風(fēng)險增加。此外，斷路器觸頭的穩(wěn)定性是有一定理論依據(jù)的，在動靜觸頭閉合的一瞬間一旦電流經(jīng)過就會使斷路器產(chǎn)生霍姆力，也就是觸頭之間會形成一種斥力。

結(jié)語

可再生能源進行發(fā)展的重要性被世界上更多國家所重視。因此，風(fēng)電發(fā)展行業(yè)近年來得到了較好的發(fā)展。但是，在雙饋機組運行的過程中，會出現(xiàn)并網(wǎng)斷路器發(fā)生故障的情況，所以，應(yīng)通過有效的技術(shù)手段對這一問題進行避免。

參考文獻

[1]王平.萬能式斷路器使用故障分析與處理[J].電工電氣，2019（03）：42-45.

[2]任建柱.基于狀態(tài)監(jiān)測的斷路器的檢測與維護[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2014（03）：196-197.

[3]黃繼攀.真空斷路器運行維護及故障分析[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2012（24）：83-85.

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