雙饋異步風力發電機組定子三相電流不平衡原因分析

狄海龍，梁振飛，王波

(內蒙古華電輝騰錫勒風力發電有限公司，內蒙古 呼和浩特 010020)

0 引言

來自中國風能協會可再生能源專業委員會的數據顯示，目前國內市場上近八成的風機為雙饋異步風力發電機組。內蒙古華電輝騰錫勒風力發電有限公司管轄輝騰錫勒風電場和庫倫風電場。其中，輝騰錫勒風電場安裝歌美颯G52－850型風力發電機90臺，華銳SL－1500型風力發電機30臺;庫倫風電場安裝華銳SL－1500型風力發電機129臺，南車WT1650型風力發電機5臺，公司總裝機容量為322.5 MW。庫倫風電場134臺風力發電機于2009年8月24日全部投入運營，由制造廠負責維護2年。近期有2臺風力發電機組相繼出現定子三相電流不平衡故障。

1 #62風力發電機組三相電流不平衡原因分析

內蒙古華電輝騰錫勒風力發電有限公司#62風力發電機設備參數見表1，箱式變壓器主要參數見表2，機組變流器主要電氣參數見表3，風力發電機系統圖如圖1所示。

2011－03－21，#62風力發電機組并網后，負荷加至50 kW時，維護人員發現定子三相電流不平衡，分別為:A相80 A，B相60 A，C相20 A。為查找原因繼續增加負荷，負荷升至400 kW時，監控系統發“變頻器故障”報警信號，變頻器發“電網故障”報警信號后跳閘。維護單位分析后決定更換發電機。

2011－04－12，發電機更換完畢后，啟動#62風力發電機組，發現故障依然存在。

2011－04－13，更換變頻器，并網發現三相電流和三相電壓均不平衡，AC相電壓比其他2相最高電壓高出40 V。

表1 #62風力發電機設備參數

表2 箱式變壓器主要參數

表3 機組變流器主要電氣參數

圖1 風力發電機系統圖

2011－04－14，維護單位分析后又更換了C相電流互感器，將其他2相的電流互感器重新緊固，用搖表測量電流互感器阻值都為0.5 Ω。查看定子接線良好，定子接觸器沒有虛接打火的現象，用絕緣測試儀測量定子三相對地絕緣值都為0.6 MΩ，相間都超過1.0 MΩ，送電后啟動風力發電機，發現電流還是不平衡。

2011－04－15，繼續查找原因。

(1)風力發電機靜止時，合轉子接觸器，測得的定子三相電壓見表4。

表4 風力發電機靜止時，合轉子接觸器時的定子三相電壓 V

(2)當發電機轉速為1 350 r/min時，合轉子接觸器，變頻器設定負載為0，測得的定子三相電壓見表5。

表5 發電機轉速為1350 r/min，合轉子接觸器時的定子三相電壓 V

(3)當發電機轉速為1 350 r/min時，合定子接觸器，變頻器設定負載為0，測得的定子三相電壓見表6。

(4)當發電機轉速為1 350 r/min時，合定子接觸器，變頻器設定負載為0，測得的定子三相對地電壓見表7。

表6 發電機轉速為1350 r/min，合定子接觸器時的定子三相電壓 V

表7 發電機轉速為1350 r/min，合定子接觸器時的定子三相對地電壓 V

(5)當發電機轉速為1350r/min，變頻器設定負載為25%，50%，100%額定負載時，測得的定子三相電壓見表8。

表8 發電機轉速為1350 r/min，變頻器設定不同負載時的定子三相電壓 V

(6)將變頻柜的防雷器接地斷開，同時把機側的濾波電路B相和C相對調，并網后電流不平衡的情況沒有變化。

通過上述試驗可以判斷:發電機、變頻柜防雷器、濾波電路均正常。

2011－04－28，將箱式變壓器低壓側停電，合定子接觸器，用直流電阻測試儀測得定子三相直流電阻值為:RAC=2.106 mΩ，RAB=2.087 mΩ，RBC=2.099 mΩ;對地直流電阻值為:RA0=1.256 mΩ，RB0=1.246 mΩ，RC0=1.249 mΩ;箱式變壓器低壓側三相直流電阻值為 RAC=2.185 mΩ，RAB=2.157 mΩ，RBC=2.165mΩ，由此斷定發電機定子出線電纜和箱式變壓器低壓側均無異常。

2011－05－02，利用無風的機會，將35 kV線路停電，測得箱式變壓器高壓側直流電阻值為:RAB=11 Ω，RBC=11 Ω，RAC=22 Ω，由此判斷箱式變壓器高壓側AC相繞組開路。進一步解體箱式變壓器進行檢查，發現分接開關C相有5根線的線鼻子處脫開或絕緣損壞(如圖2所示)。處理后，#62風力發電機組工作正常。

圖2 分接開關C相線鼻子處脫開或絕緣損壞

2 #41風力發電機組定子三相電流不平衡原因分析

2011－05－09，#41風力發電機組啟動后出現三相電流不平衡的故障，內蒙古華電輝騰錫勒風力發電有限公司技術人員與制造廠維護人員分析后進行了電橋試驗。

按下急停按鈕，進入可編程控制器(PLC)服務模式。拆開轉子接線，使轉子與集電環分開。先用1000 V絕緣測試儀測量轉子三相絕緣均在3 GΩ以上，判定合格。

用電阻測試儀測量轉子三相阻值分別為0.028，0.025 和 0.024 Ω。

按制造廠要求計算三相阻值的不平衡度:［(阻值最大值－阻值最小值)/3個阻值的平均值］×100%= ［(0.028 － 0.024)/0.02567］× 100%=15.6% ＞2.0%(制造廠給定的限值)。判定轉子三相阻值不平衡。

更換發電機后#41發電機運行正常。

3 結論

風電屬于清潔能源，國家對風力發電大力扶持，使得風力發電企業和風電裝備制造企業飛速發展。由于企業技術人員經驗不足、對引進技術的消化吸收不充分、適應我國環境的質量標準缺乏、生產環節質量控制不嚴格和運行維護不到位等諸多原因，造成風力發電設備主要部件(發電機、齒輪箱、變頻器、輪轂、葉片)故障率偏高。以華電輝騰錫勒風電公司為例，輝騰錫勒風場2010年更換發電機7臺、齒輪箱4臺，2011年1月至4月更換變頻器22臺;庫倫風電場2010年更換發電機14臺、齒輪箱3臺，2011年1月至4月更換變頻器29臺。變頻器按每臺20萬元成本價估算，維護成本就達1 000萬元之多。故障率偏高、維護成本巨大將嚴重影響風力發電企業的生存，使得設備遲遲不能退出質保期，風電裝備制造企業大量的質保金被扣押，影響其發展。

綜上所述，風電裝備制造企業應著眼于長遠利益，高度關注設備質量控制，通過分析既往發生的故障，制訂改進措施，降低設備故障率。