淺談如何解決和預防Switch水冷變流器溫度高故障

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1 概述

隨著時代的高速發展,人類開始探索自然界的規律,風能漸漸被人們挖掘出來,作為新的動力源逐步代替了人力、畜力,在生產的發展歷程中發揮過重要作用。70年代初期,石油危機引發了能源緊張,人們開始認識到常規礦物能源供應存在不穩定性和有限性,于是探索清潔的可再生能源成為了現代社會的一個重要課題。風能作為可再生的無污染的自然能源又重新引起了人們的重視,逐步發展演變為如今的風力發電,作為一種新型能源快速在市場中占領了一席之地。變流器在風機系統中的重要作用是把風能產生的電能轉換成適應于電網的電能,發電機發出的是三相交流電,此交流電的電壓和頻率很不穩定,隨葉輪轉速變化而變化,經過電機側整流單元整流,變成直流電,送到直流母排上,再通過逆變單元把直流電逆變成能夠和電網相匹配的形式送入電網[1]。而使用年限久的變流器,在大風條件下會出現過溫現象,嚴重時還可能損壞變流器,損失較大,目前的應對方式只能限制風機功率來避免變流器過溫。本文則對金風1.5MW機型Switch水冷變流器溫度高故障處理及預防性展開了研究。

2 變流器水冷系統

2.1 水冷系統特點 南北方氣溫環境有差異,北方多采用風冷,若采用水冷,冬天管路易結冰。而南方較為潮濕,考慮設備防潮,不宜采用風冷,避免濕度大,銹蝕設備,故采用水冷。水的優點是比熱系數大,同樣體積的水和空氣,在同樣溫升下,水吸收的熱量大,同時,柜體采用散熱管道鋪設方式散熱,有利于集中把熱量排出塔架,也解決了塔架內部噪聲大的問題。

2.2 水冷系統的結構 水冷系統主要由冷卻循環系統和測量控制系統兩部分組成。冷卻循環系統以高壓循環泵為動力源,循環泵通過管路把冷卻液送入變流控制柜中,再把冷卻液通過管路抽出,把冷卻液送入風機外的空氣散熱器進行冷熱交換,散熱后的冷卻液再由循環泵送入變流柜中,這樣完成一次冷卻循環。在冷卻系統室內管路和室外管路之間設置了一個電動三通閥,冷卻控制柜的測量控制系統根據當前冷卻液的溫度值自動調節電動三通閥的閥位,從而有比例的調節循環冷卻液進入空氣散熱器進行熱交換的流量,實現精確的溫度調節功能。當變流系統的溫度低于正常工作溫度時,電動三通閥關閉,安裝在管路上的電加熱器根據控制要求對冷卻液進行加熱,循環系統通過冷卻液的循環流動對變流器進行溫度調節,防止了變流器溫度高,同時也避免了變流器由于濕度大導致故障。

2.3 水冷系統運行原理 由主循環泵對冷卻液進行升壓后輸送至外部散熱器,經冷卻后回流到變流器內帶走熱量,如此進行密閉式往復循環。循環管路裝設有電動三通閥,采集冷卻液溫度的變化,自動調節進入外部散熱器的冷卻液的比例,利用外部散熱器對冷卻液進行冷卻。當溫度低于設定溫度時,電動三通閥處于關閉狀態,冷卻液通過內部循環進行散熱。當溫度達到設定溫度時,電動三通閥開始開啟,處于半開半閉的狀態,冷卻液既通過內部循環散熱,又通過外部散熱器進行散熱。

2.4 變流器溫度高的原因 目前Switch水冷變流器出現過溫情況較為普遍,特別是在夏季高溫大風天氣下,網側逆變器過溫造成的故障停機現象尤為突出,當功率達到1300kW時就會網側逆變器溫度就會超過70℃報溫度過高故障,目前只能通過限制風機功率在1300kW以下來防止變流器過溫,Switch變流器冷卻系統由模塊內部散熱器、水冷泵加壓循環裝置及外部散熱器冷卻系統、冷卻介質等構成,變流器過溫的主要原因有功率模塊散熱器內擾流絲堵塞和功率模塊散熱器管壁結垢嚴重。水冷系統的冷卻介質為冷卻液,冷卻液中的乙二醇是一種相對活躍的物質,容易聚合成高分子聚合物,進一步氧化成聚合物有機酸(俗稱油泥),形成十分粘重的黃色膠狀物質,沉積后容易結垢,降低了冷卻液的冷卻效果。最終確定冷卻液過期變質、進水口濾網堵塞、外部散熱器堵塞和擾流絲銹蝕堵塞這四個原因是導致變流器溫度高的主要因素。

3 解決方案

進水口濾網堵塞可以通過清洗或者更換濾網來解決進水口堵塞問題,保證正常的水流量。外部散熱器堵塞可以使用沖洗槍對其進行高壓沖洗,保證外循環散熱效果。擾流絲銹蝕堵塞可更換新的擾流絲,并使用加水泵對變流器內部管壁進行沖洗。而問題的關鍵在于冷卻液的變質,變質后會導致水冷系統主要的散熱部件銹蝕、堵塞。也就是問題的關鍵在于冷卻液的使用壽命周期,正常的冷卻液保質期為3年,但長期運行情況下,冷卻液2年就開始變質,要達到預防變流器溫度高故障,就要每2年對水冷系統冷卻液進行徹底更換,保證風機變流系統冷卻器管壁內不產生污垢結晶,保證水冷系統主要的散熱部件的性能良好。處理前,當機組功率達到1300kW時,變流器溫度已經達到70℃而報出變流器溫度高故障,經過對策實施處理后,到機組功率達到1580kW(金風1.5MW機型滿發狀態)時,變流器溫度只達到54℃,符合正常的運行溫度。

結論

本文結合金風1.5MW機型變流器水冷系統的特點,分析了變流器溫度高的原因以及所造成的危害。打破傳統限制風機功率運行的應對方式,探索出具有可靠性和經濟性的解決方案,從而成功解決并預防金風1.5MW機型Switch水冷變流器溫度高問題,減少了備件損失費用,同時可使風機滿負荷運行,增加了發電量。

(1)針對已經報出變流器溫度高故障而限制功率運行的風機,可采用變流器冷卻管道清洗、進水口錐形濾網進行清理、外部散熱器沖洗、擾流絲更換等方法來解決。

(2)針對未報出變流器溫度高故障的風機,可每兩年徹底更換一次冷卻液,預防冷卻液變質導致變流器溫度高。