WT2000雙饋異步發電機變流器溫升分析及控制方法

張春玲吳永智田 　紅

（1.新疆新能發展巴里坤風力發電有限責任公司，新疆 哈密 839000；2.新疆新能發展有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830000）

WT2000雙饋異步發電機變流器溫升分析及控制方法

張春玲1吳永智1田 紅2

（1.新疆新能發展巴里坤風力發電有限責任公司，新疆 哈密 839000；2.新疆新能發展有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830000）

本文對WT2000雙饋異步發電機變流器運行過程中，變流器頻繁報過溫故障，機組頻發停機等故障進行了分析。對變流器溫升分析及控制方法，制定控制變流器溫升方法，保證風力發電機組安全穩定經濟運行等進行了綜合闡述。供參考應用。

變流器；散熱器；溫升分析；控制方法

風力發電機組變流器是風力發電機的核心部件，起到變速恒頻的作用，結構復雜，一旦失效，更換非常困難，并且費用昂貴。

目前2兆瓦級風電機組的變流器（WINDTEC）由美國超導（SMSC）生產，由于PM3000（S/N006-970062）設備是模塊集成一體，空間小散熱能力差，變流器溫度高造成導熱硅膠老化，大風滿負荷時，變流器扼流圈溫度高達100℃（不允許超過80℃），觸發變流器溫度高于限值。風機故障停機，增加故障損失電量，同時也減少了風機的發電量，導致風電場經濟效益的下降。為了減少或消除該故障現象的發生，就必須從原理上對引起發電機軸承溫升的原因進行分析，從而才能得出有效的控制方法。延長設備使用壽命，節約了成本，增加了發電量。

1.變流器PM3000機側IGBT過溫

近期發現現場運行的多臺AMSC變流器的PM3000機側IGBT運行時溫度偏高，并且容易損壞，部分機組需限功率運行。

2.變流器過溫原因排查及分析

通過對PM3000內部機側IGBT過溫情況進行匯總分析，故障時刻機側IGBT的溫度超出故障限值100℃，滿發工況下比正常運行機組高出30℃～40℃（正常為70℃左右）。進一步分析認為機側IGBT溫度過高是由于其散熱能力不足引起的。

為了進一步明確問題原因，我們進行了變流器水冷系統流量測試、溫度數據錄波分析和IGBT安裝工藝檢查等工作。

2.1變流器水冷系統流量測試

機側IGBT安裝在水冷板上，如果水冷系統流量偏小，則水冷板帶走的熱量少，散熱能力不足就會造成IGBT溫度偏高。因此，我們對PM3000模塊機側、網側的進出水口流量進行了流量測試，并與溫度正常的PM3000在同條件下進行對比，結果發現兩者流量幾乎沒有差別，進而否定了水冷系統流量不足造成IGBT過溫的可能。

2.2變流器溫度數據錄波分析

對運行時機側IGBT溫度偏高的PM3000進行錄波分析，查看溫度梯度增加時電壓、電流及功率等量的變化情況，分析發現變流器在溫度梯度增加前后的功率、電流等量均不存在異常變化，各個電氣量之間存在相互邏輯關系，沒有異常之處，僅溫度偏高，因此可以初步判斷IGBT溫度異常與機組的運行工況無關。

2.3變流器IGBT安裝工藝檢查

拆開PM3000，檢查變流器機側IGBT在水冷板上安裝情況，發現IGBT與水冷板接觸面上的導熱硅脂存在干涸、老化現象。分析認為導熱硅脂老化會導致導熱能力下降，IGBT運行時不能有效散熱，運行一段時間后便會造成過溫。

為了驗證此分析結論，我們在廠內對問題PM3000進行了重新組裝，使用新的導熱硅脂涂敷在散熱面上，然后對涂脂前后的PM3000進行溫升測試。經過測試發現：涂脂前1.3MW運行工況時PM3000機側IGBT溫度已達到75℃（為了安全不能增加功率至2.0MW），涂脂后在2.0MW運行工況時PM3000的機側IGBT溫度僅為71℃；另一臺涂脂前1.5MW時溫度為76℃，涂脂后2.0MW時溫度為68℃。

鑒于試驗效果良好，我們判定PM3000機側IGBT過溫是由于其安裝面上的導熱硅脂老化，散熱能力下降引起的。

3.變流器溫升控制方法及處理措施

為了解決PM3000機側IGBT過溫問題，于2016年4月11日制定并下發了《WT2000系列風力發電機組AMSC變流柜內IGBT導熱硅脂風場涂敷工藝》文件，要求使用AMSC變流器的各現場根據工藝文件對所有IGBT過溫的PM3000進行重新涂敷導熱硅脂的工藝處理。

根據現場服務人員反饋，截至2016年8月24日，巴里坤一期已經完成了9臺PM3000涂脂處理。經過運行觀察，處理后的PM3000機側IGBT溫度顯著降低，運行溫度都已恢復至正常范圍。

4.效果分析

變流器IGBT溫度偏高，通過對變流器導熱硅脂涂敷在散熱面上，變流器溫度在大風滿負荷情況下，變流器溫度在正常范圍內運行，大大降低了變流器在運行中發熱觸發故障停機次數，減少了故障損失電量。

結論

自發現AMSC變流器的PM3000機側IGBT過溫問題以來，采取措施，逐步排查、分析問題，快速定位了故障原因，制定并實施了有效的處理措施。降低了變流器異常發熱，減少變流器故障次數，降低故障損失電量，厚積薄發增加了發電量，為完成全發電任務打下堅實的基礎。

[1]蘇紹禹.風力發電機設計與運行維護[M].北京：中國電力出版社，2012.

[2]葉杭冶.風力發電機的控制技術[M].北京：機械工業出版社，2009.

[3]芮曉明.風力發電機組裝置技術參數[M].北京：機械工業出版社，2011.

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