華銳3MW SL3000風電機組PM3000W超導變流器典型故障事例分析

蔡龍，陳偉

（神華國華射陽風電有限公司，江蘇鹽城224300）

華銳3MW SL3000風電機組PM3000W超導變流器典型故障事例分析

蔡龍，陳偉

（神華國華射陽風電有限公司，江蘇鹽城224300）

某風電場華銳3MW SL3000機組超導變流器發生的通訊故障非常典型，一是故障代碼比較籠統，二是故障重復性發生，三是故障類型非常少見。描述了機組設備結構，并對故障情況和處理過程進行了介紹，對故障點和原因進行了分析，最后對整個故障原因進行了總結。

故障處理；故障分析；風電機組；變流器；重復性故障

1　機組及故障簡介

某風電場華銳3 MW SL3000型風力發電機組（簡稱機組），自2014年投入運行使用，已運行2年。

華銳SL3000為雙饋變速恒頻風電機組，啟動風速3m/s，額定風速10.5 m/s，額定功率為3.0 MW，其變頻器型號為PM3000W超導變流器。自2016年2月至2016年4月，有1臺機組重復報如下故障：

4647（變頻器：CAN通訊總線關閉故障），

4761（變頻器1:1 ms內未從主站收到快速CAN信息），

變頻器子代碼：129（CAN總線掉線故障）；243（1 ms內未從主站收到快速CAN信息）。

該故障停機后可復位消失，重新啟機后，風機可以正常發電，但會不定期重復報故障導致停機，而且在發電過程中任意風速段均會報該故障，有時在大風時段更會頻繁報該故障。

2　故障處理過程

機組的整個故障處理過程可分為5個階段。

2.1第一階段：遠程故障初定位

由于機組所報通訊故障籠統，影響通訊方面的故障點較多，且故障可以復位，無法對故障點進行準確定位，處理故障優先定位為變頻器。在站內打開M-PLC（M-PLC是Bachmann系統機組PLC編程工具，在現場M-PLC多用于調試、運行工作中直接對程序進行底層操作，通過SCL查看機組詳細信息，為調試、消缺工作提供判斷依據）軟件后，檢查變頻器1與變頻器2的狀態，變頻器2狀態正常，但變頻器1有故障子代碼129，243，查故障子代碼解釋為129（CAN總線掉線故障）、243（1 ms內未從主站收到快速CAN信息）。此時可定位故障至變頻器1.通過MPLC軟件將變頻器1斷電重啟后，故障子代碼復位清除，狀態均正常，啟機可正常發電，但會不定期重復報該故障，故需登機檢查。

2.2第二階段：現場故障初定位

登機后首先對照圖紙檢查變頻器1的一次及二次回路電源，發現均無異常，可判定并無保險或相關輔、備件損壞；然后檢查變頻器1的控制系統，在更換變頻器檢測板、控制板以及主控系統的CM202通訊模塊后，啟機后依舊是不定期報該故障。

2.3第三階段：現場故障明確定位

在第二階段的基礎上，認為機組故障并非由元器件損壞引起，再根據故障代碼主要涉及到通訊丟失，因此將工作重點放在查找通訊線及通訊插頭的接觸上。使用萬用表分段校對該通訊線路，均接線正常，并且插頭接觸緊固。在CAN總線首尾兩端高低電平線路間均有120 Ω終端電阻，檢查該線路CAN總線屏蔽網接地情況，量出屏蔽網接地電阻為0.2 Ω，表計內阻0.1 Ω，說明該通訊線屏蔽網接地正常牢固。由于風機運行時各種動力電纜、變頻器、電機及線路的強弱電磁干擾，容易對CAN總線造成干擾。由此便將由變頻器連接至主控柜內的CAN總線屏蔽網做單端接地處理，即變頻器1和變頻器2的屏蔽網接通且不接地，該線路接至主控柜時此屏蔽網接地，即實現單端接地，啟動風機可正常發電，此時可明確定位此故障為變頻器通訊干擾故障。

2.4第四階段：故障原因深度解析

但在做過接地處理后不久，機組再次報4761故障，此次直接定位變頻器1通訊線路受干擾導致易報此故障，登機檢查將變頻器1連接至主控柜的CAN總線重新布線，使其遠離動力電纜等干擾源，故障消除。但沒隔多久，機組依舊報4761故障。此時定位風電機組整機控制程序，經更換程序后現象依舊。

2.5第五階段：故障排除

在第四階段的基礎上，考慮到變頻器通訊電磁干擾的問題，查閱相關資料，在變頻器CAN通訊線處加入1個磁環，故障消除，至今未報上述通訊故障。如圖1、圖2、圖3所示。

圖1　CAN通訊線穿過磁環繞匝

圖2　CAN通訊線加入磁環

圖3　華銳3MW SL3000機組PM3000W超導變流器CAN通訊走線圖

3　故障分析

變頻器通訊為何會有電磁干擾現象，而加裝磁環后即可消除電磁干擾，分析如下。

3.1電磁干擾

電磁干擾（Electromagnetic Interference，EMI）是干擾電纜信號并降低信號完好性的電子噪音，EMI通常由電磁輻射發生源如馬達和機器產生。所謂“干擾”，電磁兼容指設備受到干擾后性能降低以及對設備產生干擾的干擾源這兩層意思。

3.2變頻器的電磁干擾

電磁干擾是變頻器驅動系統的一個主要問題。在許多變頻器制造廠家，對任何系統可能散發的電磁干擾有嚴格的限制。由于變頻器中普遍使用了晶閘管、整流二極管及大功率IGBT開關等非線性元器件，在使用中會產生大量諧波，從而干擾周圍電器正常運行［1］。再加上變頻器采用的脈沖寬度調制控制技術在高速切換時，會產生耦合性噪聲，因此，這就導致系統的EMI（電磁干擾）日益嚴重，相應的電磁兼容性也就日漸突顯出其重要性［2］。變頻器產生的干擾主要有三種：對電子設備的干擾、對通信設備的干擾及對無線電等產生的干擾［3］。對計算機和自動控制裝置等電子設備產生的干擾主要是感應干擾；對通信設備和無線電等產生的干擾為放射干擾［3］。如果變頻器的干擾問題解決不好，不但系統無法可靠運行，還會影響其他電子、電氣設備的正常工作。

3.3變頻器電磁干擾的解決措施

解決變頻器電磁干擾主要有以下四種措施：隔離、濾波、接地、屏蔽。通常情況下，屏蔽干擾源是用來抑制電磁干擾的最有效的方法［3］。

（1）在變速調速系統中，為了提高系統的的抗干擾能力，通常在控制電源端安裝帶穩壓作用的隔離變壓器，以減少設備與地之間的干擾［1］。根據圖2所示，通訊線插頭安裝在在CC300變頻器1柜內的變頻器檢測板子上，所以也沒有隔離的說法。

（2）設置濾波器的作用是抑制干擾信號從變流器通過電源線傳導干擾到電源及電動機，為減少電磁噪聲和損耗，在變頻器輸出、輸入側可設置濾波器［3］。而華銳3 MW機組PM3000W超導變流器已配置電抗器及濾波器。

（3）良好的接地方式往往可以有效抑制內部噪聲的耦合、防止外部干擾的侵入，提高系統的抗干擾能力［1］97.采用接地的方法已經處理（見上文2.3：現場故障明確定位）且效果不佳，所以直接采取屏蔽電磁干擾的做法。

（4）通常變頻器本身用鐵殼屏蔽，不讓其電磁干擾泄露。特別是用外部信號控制變頻器時，要求信號線盡可能短，且信號線采用屏蔽雙絞線，并與主電路及控制回路完全分離，不能放于同一配管或線槽內，周圍電子敏感設備線路也要求屏蔽［2］97.再據現場實際、變頻器柜內空間以及通訊線的尺寸情況（現場變頻器通訊線與變頻器控制板集中在變頻器檢測板上），直接使用了磁環屏蔽變頻器的通訊電磁干擾。具體做法為：將變頻器通訊線穿過磁環，并繞上2匝，如上圖1、2、3所示。

4　真實故障處理案例

2016年5月，該風場另一臺機組也出現了同樣的變流器通訊故障，檢修人員登機直接采取加裝磁環屏蔽電磁干擾的做法，故障消除，且3個月內再未報過此故障。

5　結束語

本文通過真實案例以及故障處理流程，了解了電磁干擾的危害性，提高了對電磁干擾的認識。為了確保風電機組變流器的安全運行，減少故障率，提高風電機組發電量，需要的不僅是對風電機組常見故障的處理能力，也要對疑難、生僻的故障有一定的研究及處理能力，特別是需要對故障產生的原因深度剖析，從根源上直接解決相關類疑難雜癥。

［1］姜紅松，張朝江，師寧.變頻器系統電磁干擾故障分析［J］.變頻器世界，2009，（1）:96-98.

［2］高潔.變頻器電磁干擾問題分析及抑制措施［J］.科技與創新，2014，（3）:47-48.

［3］楊振海，李向云.變頻器應用中的干擾及其抑制［J］.機械管理開發，2006，（3）:75-76.

Typical Failure Analysis of PM3000W Convertor of Sinovel 3MW SL3000 Wind Turbine

CAI Long，CHEN Wei
（Shenhua Guohua Sheyang Wind Power Co.，Ltd.，Yancheng Jiangsu 224300，China）

The communication failure of PM3000W convertor of sinovel 3MW SL3000 wind turbine of a wind farm in China is very typical.Firstly，the fault code is relatively general.Secondly，the failure is often repeated.Thirdly，the type of fault is extremely rare.

fault handling；fault analysis；wind turbine；convertor；repetitive fault

TM46

B

1672-545X（2016）08-0203-03

2016-05-26

蔡龍（1988-），男，江蘇射陽人，工學學士，助理工程師，研究方向：風電機組檢修；陳偉（1988-），男，江蘇鹽都人，工學學士，助理工程師，研究方向：風電機組檢修。