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            風電機組變流器深度治理解決方案

            早期投運的風電機組已經運行超過10年之久,機組內的變流器系統,部分器件已經老化或停產,或者是功能無法滿足控制需求,需要針對性的進行升級改造。

             

             

            - 控制及通信電源干擾治理 -

            • 改造原因 :

             

            電網在低電壓故障消除后的電壓恢復階段,風電場負載的突減、大容量電容補償器的投入引起電網電壓驟升。期間機組通信故障停機。

            從風場現場損壞器件分析,電源波動導致CB、EK1100、EL6751等器件損壞,諧波、高壓會引起4U機箱、CB等器件的連帶損壞;甚至是機組的PMC損壞、接地故障等。

             

             

            • 改造方案 :

             

             

            在系統上電之后,為了抑制干擾,Q1與Q2會開通,PLC是用在電網跌落高壓波動過程中,在機組運行時或在上電的瞬間,會在外殼上產生高頻感應電,這種高頻感應電會通過GND從PLC的電源直接進入PLC內部,從而直接破壞PLC的內部電路或干擾PLC工作,會使PLC出現程序掉失,PLC開機無法啟動,甚至直接損壞PLC電源和使PLC工作紊亂。與外部PE進行隔離式連接,以達到抑制小干擾,有大擾動時對內部電路進行保護的目的,同時加裝濾波回路。

             

            • 功能及效果 :

            進行控制及通信電源干擾改造后,可以達到以下功能:

            ◆ 減少因電源波動造成的器件損壞概率;

            ◆ 增加機組可靠運行小時數;

            ◆ 降低備件購買費用。

             

            - 變頻器功率模塊/CB/端子除濕改造 -

            • 改造原因 :

            環境潮濕的風場容易因絕緣等級降低而造成變流器柜內的功率模塊、Crowbar等器件短路損壞。

             

             

            • 改造方案 :

            對于已經受潮的模塊,采取在IGBT散熱器上安裝加熱電阻的方式對模塊散熱器進行加熱,大大提升加熱效果,主要用于除去模塊內部及端子上的水汽或凝露;對于未受潮或已經進行過除濕處理的模塊,在外殼與散熱器縫隙、主端子接線等部位進行涂密封膠處理,用于防止水汽或凝露等進入到模塊內部。IGBT的散熱主要通過功率模塊散熱片,涂膠部分為塑殼部分,故涂膠不影響功率模塊的散熱。

             

             

            對傳感器接線端子部分進行去氧化及涂膠處理,防止水珠在端子部分堆積形成短路。

             

             

             

            • 功能及效果 :

            經過改造后,達到功能如下:

            ◆ 變頻器啟機時先進行加熱除濕;

            ◆ 待機時進行加熱除濕;

            ◆ 待機加熱除濕不影響風機運行;

            ◆ 增大絕緣等級,減少短路風險;

            ◆ 增加風機可利用小時數;

            ◆ 避免因霍爾傳感器端子氧化造成變頻器故障頻發。

             

            - 變頻器增加并網接觸器改造 -

            • 改造原因 :

            2010年之前風場已運行的雙饋型風機的電控系統中,定子并網開關采用斷路器做為定子的并網開關,斷路器機械壽命為1.25萬次。由于現場風的大小、風向的多樣性、電網的波動以及風機本身的故障,導致風機的頻繁并網、退網,致使并網開關頻繁動作。

            根據統計,定子并網開關平均操作次數為5次/日。在正常狀態下,風機并網、退網時的電流很小,可以按照斷路器(接觸器)的機械壽命計算其使用壽命。斷路器的平均壽命為2500天,斷路器無法分斷的話,會造成風機著火電網短路。

             

            • 改造方案 :

            改造的主要內容是在原變頻器基礎上,新增并網開關,并對布線和控制部分做小部分修改,如下圖所示:

             

             

            用接觸器取代斷路器作為風機的定子并網開關,接觸器的預期壽命遠大于20年能夠滿足頻繁動作的使用要求。

             

            • 功能及效果 :

            進行變頻器并網接觸器改造后,可以達到以下功能:

            ◆ 減少因主斷路器失效造成并網柜起火風險;

            ◆ 延長主斷路器壽命;

            ◆ 減少機組故障率。

             

            - 新增變流器智能遠程診斷 -

             

            • 功能及效果 :

            遠程功能實現的目的為節省現場人員維護機組的時間,特從變頻器上添加網線連接到交換機,從而在中控室就能用ReeViewer連接機位,實現遠程對變頻器的控制。

             

            • 改造方案 :

             

            進行控制器升級改造

             

            新4u機箱7號板件擴展了以太網口,具備連接以太網功能,更換7號板,更新遠程控制程序即可使能變頻器遠程連接功能。

             

             

             

            - 濾波電容改造 -

            • 改造原因 :

            由于早期設計缺陷等原因,原變頻器網側濾波電容采用干式電容星接方式并聯到變頻器網側回路。

             

            • 改造原理 :

            現將變頻器網側濾波電容,由三相星接改為三相角接,圖示如下所示:

             

             

            • 功能及效果 :

             

            未經改造的濾波回路損壞照片

             

            進行變頻器網側濾波電容改造后,可以達到以下功能:

            ◆ 星接改角接后,當電容失效,可以有效保護RC回路的濾波電阻;

            ◆ 整改后的電容自帶放電電阻,可以有效釋放電容殘電;

            ◆ 將干式電容改為油式,可以有效降低濾波電容溫度;

            ◆ 改造后的電容自帶防爆閥,避免爆炸或起火,對變頻器來說安全可靠。

             

            - 均壓電阻改造 -

            • 改造原因 :

            由于早期變頻器在選型設計時,直流母排電容及功率模塊小母排電容正負極之間均并聯水泥電阻,因電阻失效,致使功率模塊電解電容損壞,影響風機安全。

             

            • 治理方案 :

            現將直流母排電容及功率模塊電容上的均壓電阻更換為均壓電阻組件,改造前后圖示如下所示:

             

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            • 功能及效果 :

            進行直流母排和功率模塊小母排改造后,可以達到以下功能:

            ◆ 可以有效降低模塊拆卸損壞電阻后,致使電容過沖電風險;

            ◆ 改造完成后,有效降低均壓電阻溫升。

             

            - 控制機箱升級改造 -

            • 升級原因 :

            在早期設計時,變頻器采用了倍福PLC+控制箱的控制方式,但目前舊型號PLC已經面臨停產斷貨和無法替代等問題。

             

            • 升級方案 :

            現將PLC+4U機箱的控制方式,改造為PLC替代機箱,如下所示:

             

             

            • 功能及效果 :

            進行PLC替代改造后,可以實現以下功能:

            ◆ 可以解決備件停產無法采購難題;

            ◆ 升級后的機箱,可以解決舊倍福PLC模塊無法兼容高穿改造難題。

             

            - 變流器主斷路器聯跳改造 -

            • 基本原理 :

            在變頻器發生故障時,變流器的主斷路器會脫扣保護,但若其控制系統失效,斷路器未脫扣保護,會造成事故擴大。

            為此,將主斷路器脫扣控制權限同時由主控進行冗余控制,則可以及時斷開主斷路器,避免事故進一步擴大。

             

            改造示意圖

             
            • 功能及效果 :
            進行主斷路器聯跳改造后,可以實現以下功能:
            ◆ 風機故障后,變流器主斷路器無法脫扣的情況下,可以實現主控控制斷開主斷路器;
            ◆ 可以解決由于變流器控制器失效無法主動斷開斷路器的風險。
             
             
             
             
             
             
             
             
             
             
             
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