风电变流器预防性维护检测技术应用

单双毅

内蒙古京能巴音风力发电有限公司 内蒙古包头 014500

1 劣化因素分析

风电机组运维过程中的故障统计数据分析表明，造成风电变流器劣化的主要因素可以归结为以下几方面：

1.1 电气因素

因风电机组故障或超发引起的变流器过电流造成其内部导体和绝缘材料局部过热老化；过负荷分合断路器和接触器时因电弧火花造成的触头氧化及接头烧蚀；因操作过电压、雷电过电压造成绝缘强度下降；因绝缘材料局部放电造成的单点破坏逐渐扩大，导致整体绝缘的全面劣化。

1.2 机械因素

长期高电压大电流工况下因高频次分合断路器和接触器等造成的触头磨损、弹簧疲劳及线圈老化；因变流器本身或受外部的机械应力造成的螺栓松动及接触不良甚至器件磨损变形；因风电机组长期运行过程中难以避免的振动、冲击等反复作用造成的疲劳劣化[1]。

1.3 发热因素

因过负荷、短路电流、高频电流引起变流器内部器件的膨胀、收缩、变形、松弛从而造成接头松动、弹性失效、密封不良等；因温升过高使绝缘材料热分解、氧化等化学变化造成绝缘性能降低；因过负荷、内部短路以及操作电气开关时产生的电弧造成部分材料变形甚至烧蚀。

1.4 环境因素

风电变流器所处环境相对恶劣，因高温发热、盐雾潮湿、灰尘油污以及紫外线辐射等都无法估计，造成其内部接头部位接触不良、器件连接点氧化腐蚀以及绝缘材料变质老化；因老鼠、白蚁等小动物咬坏电缆、浸水等造成的破损。

2 风电变流器的预防性维护检测

2.1 预防性维护检测技术

通过对国内外风电变流器在运行过程中发生的电气事故进行统筹分析，尤其是电气火灾事故，按照其形成机理通常可以分为过热型和放电型两类。其中，过热型隐患的基本特征是内部器件、线路电缆以及电气接头等部位异常发热，当累积到一定程度时会引燃绝缘材料及附近的可燃物，产生烧蚀甚至火灾事故；放电型隐患的基本特征是密封器件劣化受损或绝缘材料受潮受损，并伴随着游离放电或电晕现象，当累积到一定程度时会造成绝缘击穿，产生电火花或电弧甚至造成事故[2]。

2.2 预防性维护检测技术

通过对国内外风电变流器在运行过程中发生的电气事故进行统筹分析，尤其是电气火灾事故，按照其形成机理通常可以分为过热型和放电型两类。其中，过热型隐患的基本特征是内部器件、线路电缆以及电气接头等部位异常发热，当累积到一定程度时会引燃绝缘材料及附近的可燃物，产生烧蚀甚至火灾事故；放电型隐患的基本特征是密封器件劣化受损或绝缘材料受潮受损，并伴随着游离放电或电晕现象，当累积到一定程度时会造成绝缘击穿，产生电火花或电弧甚至造成事故。通常难以通过传统的电气检测方法在其初发期及时发现，但随着红外检测和超声波检测技术逐渐成熟，能够在不停电的情况下有效地发现设备的早期缺陷，并对故障部位、性质和成因进行定性分析，大大提高了设备的供电可靠性和运行可靠性。

2.2.1 红外检测技术

对于过热型隐患，可以利用红外检测设备对工作状态下的风电变流器进行测量，比较典型的主要有红外测温仪、红外热像仪和红外热电视，其中最具备智能故障诊断开发能力的是红外热像仪，其基本原理是利用红外探测器和光学成像物镜，接收被测目标的红外辐射能量分布图形，并将其反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图，并利用不同的颜色代表被测物体的不同温度，然后应用图像处理技术，分析出设备的运行状态[3]。

2.2.2 超声波检测技术

对于放电型隐患，可以利用超声波检测设备对工作状态下的风电变流器进行测量，比较典型的有超声波局部放电检测仪，其基本原理是利用外差法将电气局部放电所产生的高频噪声通过压电原理先行转化为电流信号，然后再通过内部处理将其转化为人耳可听的音频信号，并在通过高频接收器接收电气设备产生的超声波信号时对其音质和强度进行分析，这样可以快速检测出放电现象并精确定位故障点，从而及时发现设备内部的隐患缺陷。

3 风电变流器预防性维护检测方案

3.1 断路器

主断路器是风电机组与电网线路连接的核心保护器件，对整个机组起到安全保护作用。目前主断路器基本具备计数功能，但由于断路器在故障时会带大电流分断，导致内部绝缘下降，动作次数只能作为参考，可以通过红外技术检测其内部动静触头及外部接头处的温度分布来判断是否接触不良，通过超声波检测技术检测断路器灭弧室是否存在局部放电。

3.2 熔断器

风电变流器的预充电回路、直流母线回路以及卸荷回路等多处串接有熔断器，主要用于在过电压、过电流或过负荷发热时通过快速熔断来防止故障扩散。如果熔断器使用时间过久，因盐雾腐蚀、脏污氧化或温度变化等使熔体特性变化而发生误断；或者灭弧介质受到环境影响而受潮导致灭弧性能受损，分断电流能力下降，在红外检测中会表现为熔断器和熔体表面的温度值较正常值偏高，可以通过提取最高温度值，与相邻相的同类熔断器进行比较。可以通过超声波检测技术来检测熔断器的接线端子是否存在局部放电[4]。

4 结语

红外检测技术和超声波检测技术可以作为风电变流器预防性维护的重要检测技术，尤其是对开展风电变流器状态监测具有重要意义。红外检测和超声波检测技术符合应用为先的状态监测指导方针，采用非接触式带电检测，是常规停电检测的有益补充，有助于及时发现变流器设备的电气故障隐患。运用红外检测和超声波检测技术对风电变流器关键电气部件进行隐患检测和故障诊断，具有较高的准确度和灵敏度，隐患排查推断相对简单明晰，适合于在风电系统中推广应用。