金风1.5MW风机降低“10号子站总线”故障研究及抑制措施

摘要：风力发电作为一种清洁永续的能源利用方式，无燃料成本，发电成本低。目前，直驱式风力发电机是风力发电技术中最具有潜能的一个发展方向。与传统的风力发电机相比，直驱式风力发电机采用了多级低速永磁同步发电机并取消了增速齿轮箱，这样不仅仅降低了维护成本，而且降低了因增速齿轮箱带来的故障率和齿轮油带来的环境污染。现就主要针对金风 1.5MW 风机电气水冷柜“10号子站总线”故障问题进行分析并提出抑制措施。

关键词：风力发电;金风 1.5MW 风机;10子站总线;抑制措施

UPS对于保证风机各控制柜电气重要回路的不间断供电是十分必要的，这就为 UPS对电能改善质量提出了较高的要求。另外，精密的网络设备和通信设备、以服务器为核心的网络中心及通讯子站的供电是不允许有间断的，对这些设备中存储的数据文件的防备突然断电造成的数据丢失对 UPS的安全稳定问题也提出了严格的要求。对于在电网中存在着种种诸如断电、雷击尖峰、浪涌、频率震荡、电压突变、电压波动、频率漂移、电压跌落、脉冲干扰等引起电气设备和元器件损坏的主要问题;UPS 不仅要能够保持稳定不间断输出还要能够保证设备的自身的良好性能能够利于长期运行。

一、易事特EA902UPS的主要组成电路特点及工作模式

1、主要组成部件

易事特 EA902UPS 主要由 AC230V 输入部分、输入滤波板、PFC 电路、充电板、整流部分、电池组、升压稳压电路、主控板、逆变电路、输出滤波、干接点接口板、电压电流保护、冷却散热、显示板、通讯等部分组成。

2、EA900 系列在线式 UPS工作模式

UPS 市电的输入电路相当于一个市电稳压器，同时给柜内的蓄电池充电蓄能。市电中断时，UPS 立即将机内电池的电能通过逆变转换器向负载继续提供 230伏的交流电，使负荷或下级电源得以维持运行并保护计算机的硬件和系统不受冲击影响。图1为易世特EA902UPS控制原理图。

在正常情况下，只要合上输入开关，UPS 便自动工作在旁路供电方式，这时负载由市电直接提供电源。当发出 UPS 起动命令后，UPS開始起动，约 1分钟后自动由旁路供电方式转为逆变器供电方式（正常工作方式），当市电中断或异常（自动）时切至电池供电模式，而当 UPS过载、逆变故障等时切旁路。

二、EA902UPS 的故障分析

经现场勘察发现被烧坏的UPS，同时伴随着变流柜中的 24V开关电源 QUINT POWER 也有烧坏现象（直流电容元件损坏）。 UPS 的故障现象：故障灯亮，跳闸后恢复送电出现内部爆炸声响，主控柜内的三相空开 3F4（25A）和 UPS 输入电源开关 152F11.1（有时候其中一个跳闸）和输出开关152F11.2 跳闸。检查发现 UPS交流 230V输入滤波回路 MOV2烧黑裂开（及周围元件有被熏黑现象。根据现象初步判断为电网电压可能出现瞬时过电压，另一方面 UPS本身可能存在质量问题。由于220KV变压器经风场35KV线路送至 690V 电缆侧，再由主控柜的 690/400V变压器取单相 230V送至 UPS电源。根据 EAST UPS 说明书上的输入电压范围的数据（见表一），由最大电压 475V 和各电压等级的标称电压之比计算可以计算出35KV 线路上的电压波动为 18.7%，220KV 线路上的电压波动为 27.8%，这远超过了正常电力系统一般运行规程中的电压允许波动范围±10%，但一旦电网出现以上的过电压现象，UPS的耐压能力是不可以承受的。

市电供电的稳定性存在有让人置疑的地方的，它是否存在着在某一时间段或某一时刻出现瞬时电能质量问题如电压浪涌、高压尖脉冲、暂态过电压、电压下陷、线路噪声、频率偏移、持续低电压、供电中断等。这很可能就是造成 UPS 故障的“元凶”，也就是“10子站总线故障”的源头。

三、故障分析结论

根据现场检查分析，可能引起 UPS 内部电路故障的原因有 UPS 的内部因素和外部因素两种，主要体现在：

1、UPS滤波板过电压保护未达到最优选型，元器件质量欠佳，电路设计保护电路待更加完善。

2、UPS使用时间的延长和多次电网的冲击，其内部控制电路的某些参数发生了漂移，使得滤波输出电压波形不在标准正弦波上，这时需要对 UPS 内部的某些元件作必要的定期更换。

3、电力系统网络原因，来自外部电网的各种电涌或电压尖峰如输入电压带有各种高频谐波成分的周期性的持续过电压、暂态过电压或者高压尖峰的出现造成瞬时过电压等是 UPS滤波板 MOV损坏的直接原因。

四、对于 EA902UPS 过电压保护电路方案的改进建议

对于旗杆风电场电网出现的谐波过电压现象，一方面可以从改善电网的方面出发进行抑制谐波污染，在 690V/400V 线路加设滤波回路和过电压保护二次回路;另一方面对于用户设备的电气保护应根据当地电网情况因地制宜选择产品的优化配置方案。现就主要针对后者提出抑制措施：

1、UPS和交流稳压电源搭配使用：由于电网突然停电或来电时电压不稳，忽高忽低，电压涌流，瞬态脉冲电压过高频率误差太大，单用 UPS只能解决掉电，而影响负荷正常工作，而无发对电波的杂质进行过滤。对电压忽高忽低，电流增加或减弱，相位不正确电网中的杂质可以用净化稳压电源来解决。因而 UPS电源要同净化稳压器一起搭配使用，对于解决负荷电源的质量问题，能够起到一定的良好效果。

2、增加 MOV 的通流容量和相应耐压值。大量的 MOV 的损坏，从某方面上讲，元件的通流容量和耐压值不足。增大 MOV 的通流容量能够承受较长时间或周期性的过电压能量泻放，也能够使线路的残压保持在较低水平。但增加了防护成本。增加 MOV的动作电压而不改变通流容量可以减少了 MOV 的动作机率和泻能时间，且不增加成本，但会使线路上的残压有所提高。

3、定期对UPS进行充放电也是延长UPS使用寿命的方法。建议每半年进行一次。

4、可以在主控柜到水冷柜之间的三相电源装设过电压保护，作为690V/400V防雷保护的分级过电压保护。

结束语：

通过对风力发电机组水冷系统“10号子站总线故障”问题分析，得出总线故障主要是由于UPS问题引发的。UPS决定着通讯系统的供电能力和供电质量，所以解决了UPS运行上的缺陷也就从根本上解决掉了“10子站总线故障”。

参考文献：

[1] 赵泽成，李强，黄善永. 浅谈金风1.5MW风机主要零部件寿命周期分析与实践[J].中国战略新兴产业，2020（44）：161-162

[2]杨晓宏，胡生记.风电场UPS电源故障分析及处理[J].电子制作，2013（2X）：51-51.

作者简介：王有发（1981-）男，内蒙古呼和浩特人，学历：本科，工程师，研究方向：电力工程.