风电机组变频器故障原因分析及日常维护

徐校

摘要：根据某风电场多年的运行经验，本文总结了风力发电机组变频器系统常见故障，通过对常见故障分析，旨在为同类型变流器故障处理提供参考与借鉴，并提供相应的日常维护方法。

关键词：变频器;故障分析;波形分析;维护

引言

社会经济与科技的发展，推动了我国风电领域的蓬勃發展，对于风力发电机组而言，变频器在其中的整体可用性中起着非常重要的作用。根据云南某风电场多年的运行经验，本文就风力发电机组变频器系统常见故障展开分析，并通过有针对性的维护降低变频器故障率，提高风力发电机组的可靠性。

1、变频器作用及工作原理

在双馈风力发电机中，双馈变流器通过对转子提供低频交流励磁电源，使发电机不但定子能向电网馈电，转子也能够吸收或向电网供电即能实现电能的双向流动，同时使其既能调节无功功率，也能调节有功功率。双馈电机交流励磁用双PWM变换器是由两个背靠背连接的PWM变换器构成的交-直交（AC-DC-AC）变换器，靠近电网一侧的称为网侧变换器，靠近双馈电机转子一侧的称为转子侧变换器。

2、变频器常见故障分析

某风电场风力发电机组为联合动力1.5MW机型，采用ABB、日立两种变频器。

（1）编码器类故障。故障现象为变频器报出“电流越限类”故障，每次报出电流越限故障的相序不同，相序随机报出。同时变频器功率模块运行声音不正常，会断断续续产生很大的“轰轰”声，声音越大电流越大。通过采集故障数据波形发现编码器波形异常，如图1所示。

编码器锯齿波形发生缺失，位置数据丢失。由于变频器在坐标变换等控制中需要编码器给的角度信号，如果信号出现问题将导致变频器3/2及2/3变换控制发生错误而报出故障。

（2）并网类故障。日立变频器并网时报出“同步故障”，由于同步时定子电压与网侧电压幅值差在5%以上报出此故障。同步时波形如图2所示。

通过图2波形可以看出，发电机定子电压与电网电压的幅值相差过大（实际在8%），随后对变频器转子电流监视发现U相电流（图3）异常，由于转子电流需要参与变频器的控制，电流漂动太大严重影响变频器PWM输出控制。随后检查发现转子U相电流霍尔传感器阻值异常并进行了更换。

（3）预充电类故障。现场故障现象为日立变频器预充电后88S接触器吸合，直流母线电压达到150V后立即故障停机。现场检查网侧电抗、电容、预充电电阻均无问题，随后对网侧模块进行检查，驱动板电压在11V左右（日立变频器驱动板通常在11V左右），判断驱动板无异常。随后对网侧模块IGBT上的并联二极管进行测量，发现两个模块各有一个并联二极管损坏。后续有一台为LVRT上的并联二极管损坏，同样出现直流母线电压达到150V后立即故障停机的现象。

3、变频器维护

风电场需定期对变频器进行除尘，重点是电气控制柜，变频器散热底座、变频器主线接线端子排、变频器下进风口、上出风口是否积尘或因积尘过多而堵塞。变频器因本身散热要求通风量大，故运行一定时间以后，表面积尘十分严重，须定期清洁除尘;同时需仔细检查交、直流母排有无变形、腐蚀、氧化，母排连接处螺丝有无松脱，各安装固定点处坚固螺丝有无松脱，固定用绝缘片或绝缘柱有无老化开裂或变形，如有应及时更换，重新紧固;对已发生变形的母排须校正后重新安装。电气控制柜内风扇运行及转动是否正常，停机时，用手转动，观察轴承有无卡死或杂音，必要时更换轴承或维修;中间直流回路中的电容器有无漏液，外壳有无膨胀、鼓泡或变形，对不符合要求的电容进行更换，对新电容或长期闲置未使用的电容，更换前须对其进行钝化处理。滤波电容的使用周期一般为5年;对整流、逆变部分的二极管、IGBT用万用表进行电气检测，测定其正向、反向电阻值，并在事先制定好的表格内认真做好记录，看各极间阻值是否正常;仔细检查端子排有无老化、松脱，是否存在短路隐性故障，各连接线连接是否牢固，线皮有无破损，各电路板接插头接插是否牢固。

4、结语

变频器作为风力发电机组运行过程中的重要系统，对风力发电机的安全运行至关重要。随着运行时间的增加变频器故障逐渐增加，变频器波形为我们精准查找故障提高了可靠依据，定期对变频器进行维护是保证其安全稳定运行的基本保证。

（作者单位：云南龙源风力发电有限公司）