風力發電機組變槳系統超級電容高電壓故障分析

李亞男

(國家電網山西長治供電公司，山西 長治 046011)

0 引言

根據槳葉接受風能的功率調節方式，可將風電機組分為定槳距機組和變槳距機組。定槳距機組槳葉與輪轂是剛性連接，風速變化時槳葉的迎風角度不能變化。而變槳距機組葉片可以旋轉，當風速超過額定風速后，可通過控制葉片槳葉角使風機輸出功率保持在額定功率附近[1]。低于額定功率時，保持葉片角度在最小值，使風機處于最大吸收風能狀態。變槳控制柜主電路采用交流-直流-交流結構，變槳電機由逆變器供電，變槳速率由變槳電機轉速調節。每個葉片的變槳控制柜都配備一套由超級電容組成的備用電源，在保證變槳控制柜內部電路正常工作的前提下，超級電容儲備的能量足以保證葉片以一定速度從0°順槳到90°位置。Vensys變槳系統由3個柜子組成，每個柜子都是一套獨立的控制系統，當超級電容電壓高于軟件設定值時，主控制器會控制機組停機[2]。

本文以內蒙古某風電場為例，針對變槳電容高電壓故障進行分析，該風場機組配置Vensys/1500變槳系統和Switch變流系統。

1 故障描述

2016年5月15日，內蒙古某風電場#32風機運行過程中，#1變槳柜報變槳電容高電壓持續5 s低于54 V(設定值)，機組停機復位后恢復正常。再次啟動后，在風機監控界面進行觀察，機組變槳過程中#1柜的變槳電容高電壓低于54 V，機組再次報出“變槳電容高電壓故障”，當變槳槳葉恢復到87.5°位置時，變槳電容電壓也恢復正常。

2 原因分析

現場技術人員對變槳電容高電壓故障進行了分析，總結有以下幾種原因[3-4]。

(1)超級電容輸出電壓不正常。

(2)超級電容損壞。

(3)監測超級電容電壓的A10自制模塊損壞或線路虛接。

(4)接收電容電壓的模擬量輸入信號模塊KL3404(A5)損壞。

(5)電磁剎車繼電器、電磁剎車動作不靈敏，導致電容充電沒有放電快。

(6)干擾引起監測電容電壓信號跳變。

3 故障處理

現場技術人員首先檢查變槳充電器，對#1變槳柜進行連續手動變槳，變槳過程中，通過觀察和測量，變槳充電器到變槳電容的輸出電壓正常，電磁剎車反應靈敏、打開迅速，變槳速度正常，故排除變槳充電器和電磁剎車故障的可能性。若上述兩點均正常，應考慮超級電容電壓輸出是否正常：頻繁的變槳過程中，超級電容的電壓不能達到正常值；或內部個別電容損壞，使變槳柜內超級電容電壓在不工作時顯示正常，而在變槳的過程中損壞的電容電壓急速下降。為進一步判斷超級電容的好壞，現場進行頻繁的手動變槳，將萬用表筆接測量變槳電容的監測端子，變槳電容的高電壓保持在56 V以上，低電壓保持在28 V以上，排除變槳電容損壞的可能性。

圖1為變槳電容電壓監測模塊內部電路圖[5]，從圖1可以看出，電壓檢測經過A10的分壓后，輸出電壓約等于輸入電壓的1/10，即6 V和3 V左右，輸入到KL3404模塊，再經內部程序計算將電壓值放大10倍，顯示在風機內監控界面上。對A10自制模塊的輸出端子進行測量，高電壓顯示值為5.6 V，低電壓顯示值為2.8 V，經A10模塊檢測輸出的電壓和輸入電壓正常。再檢測KL3404模塊，檢查接地系統，未發現問題，手動變槳仍報變槳電容高電壓故障[6-7]。

圖1 A10模塊電路

此故障存在兩個疑問：(1)仔細檢查后未發現任何問題，但變槳過程中仍報出此故障；(2)槳葉未動作時，檢測A10模塊電壓全部正常。通過上述分析，判斷只有在工作狀態時，槳葉變槳電容電壓存在問題[8]。重新檢測變槳電容電壓，手動變槳時，A10模塊的輸出端電壓3 s后低于54 V，停止變槳后，電壓恢復正常。因此，最終找到問題根源，將超級電容更換后，機組恢復正常運行，未再報出類似故障。

4 結束語

此類故障的疑難點在于，機組變槳過程中高電壓低于54 V，報故障后變槳電容高電壓恢復正常，短時間較難判斷故障點，需要進行逐步排查。在處理過程中需要求技術人員細心、謹慎、認真剖析故障，減少處理故障時間，從而提高機組發電量，保證機組的可利用率。