某風力發電機組塔底強制散熱技術改造研究

國華愛依斯(黃驊)風電有限公司 河北 黃驊 061100

1 引言

由于經濟發展的需要,地球上越來越多的能源被利用,這就容易造成能源的枯竭。而風能作為可再生能源,不僅使用無污染,而且成本非常低,逐漸受到了很多新能源開發公司的青睞。雖然風能的使用有很多優點,但是風力發電機組在運行時由于變流器的功率非常大,發熱量較多,容易造成機組的溫度升高。這就給機組的安全運行帶來隱患。因此,為了避免發電站安全事故的發生,以及確保穩定可靠的用電環境,必須要解決這些問題。

2 機組概況

華銳機組部分發電機的廠家為大連天元電機有限公司,以國內某風電場為例,風機發電機生產日期為2010年2月份,已經運行數十年時間。其型號為YSSFL-B,額定功率為1520kW,頻率為50HZ。電機的定子電壓為690k V,定子電流為1060A。電機運轉的額定轉速為1800r/min。轉子電壓為415k V,轉子電流為370A,定子接法為△,轉子的繞組為Y。機組的自身重量為5916kg。由于機組運行的時間較長,在2018年開始斷斷續續出現風電機組報警的情況,顯示IGBT出現高溫,尤其是進入高溫季節,由于用電負荷較高,該報警情況更加明顯。初步對異常現象幾顆星過排查,并對整個機組的風機濾網進行了清理,但是還出現高溫報警,效果不明顯。將濾網更換后,在機組高負荷運行時,仍舊無法徹底消除該故障。對機組的運行造成了一定的影響。

3 機組頻繁報IGBT溫度高的原因分析

為了避免由于高溫報警而給機組的運行帶來負面影響,以及全面保證各機組設備運行安全和運行壽命的提升,研究人員對該故障進行了多次分析,并最終將高溫報警的原因鎖定為機組內部運行時由于通風較差,各電氣運行時產生的熱量不斷被積累造成的。在塔筒內的通風由于靠自然通風,風差的壓力幾乎沒有,在變流器柜的內部由于濾網的存在,并且是多層的,這就給原本通風不好的環境帶來了更加負面的影響。風電機組在這樣的環境下工作,散出的熱量得不到及時排除,溫度越來越高,最終達到設備警報溫度,從而觸發IGBT溫度高故障報警。

4 風力發電機組塔底強制散熱技術改造方案

鎖定原因后,就可以制定針對性的改造方案了。該問題產生的主要原因在于塔底通風不良。因此,通過改造,將風壓差增大,形成風的對流。為了盡可能避免改造過程中對塔底和塔筒帶來安全上的風險,改造方案為在塔筒和門塔的位置上方安裝一個風扇進行強制通風散熱。為了能根據溫度的高低來自動控制風扇的啟停,安裝一個熱電阻溫度傳感器,對塔筒內的環境溫度進行測量。當測得的溫度超出規定值時,熱電阻傳感器將信號傳遞給系統,接頭風扇的電流進行運行。當溫度降低到規定值以下時,同樣由熱電阻傳感器來傳遞信號,風扇就可以停止工作。這樣既達到了通風降溫、消除IGBT報警故障,又最大程度節能環保。

根據機組的配置,選用的風機各參數如下:功率大小為540W,電壓400V,采用的是三相供電形式。通過端子將PT100與卡件進行相連接。為了及時監測到塔底的溫度,安裝接觸器15K5進行溫度的采集。所有測量的數據通過可編程邏輯控制器進行控制,以達到風扇的啟動和停止。根據機組的大小,以及塔底的位置布置,本設計方案總共需要3臺風機。具體安裝步驟為:①為了便于線的布置,在爬梯的豎粱上開小孔,孔的數量和支架的數量及位置要一一對應。為了安裝孔的位置準確性,可以先確定一個孔,安裝上支架后,通過支架孔的位置來打孔;②安裝支撐架,并用螺栓進行固定。按鉆過固定最下端支撐架的半環時,要用軋帶將支撐架和風管的吊環進行拉緊固定;③出風管自由下垂狀態下,確定風機的安裝位置。移走風機后,用筆對風機的位置進行標記,以保證打孔的位置準確。開孔后將進風管放入。由于開孔時會有鐵屑產生,必須要采取保護措施周圍環境,防止鐵屑進入其它電氣內部,產生安全隱患;④安裝好各裝置后進行調試,最終合格后再投入使用。

5 改造結果分析

在改造前,塔內的溫度由于機組的設備運行,使得周邊的環境溫度較高,當外部的環境為30°C時,塔內的溫度大約為45°C。通過本技術方案改造,實際監測到的溫度有大幅度的下降,實際監測到的數據顯示塔內的溫度和外部溫度基本保持一致。尤其是在夏季溫度高、以及機組運行負荷較高的時候,改善前后的溫度差異非常明顯。

通過改造后,IGBT出現因為溫度升高而報警的現象大幅降低,在塔底的變流柜、變壓器等設備由于溫度的降低,運行效率得到了很大的提升,發電總量比改造之前要大。而且,各電氣設備和電子元件的使用壽命也得到了延長。雖然本設計方案總共需要增加3臺風機,風機在運行時需要消耗一定的電能,但是從整個系統來說,得到的是正利益。按照風機的功率來計算,如果這3臺風機全天24H均處于運行的狀態,大約一天會消耗近39kW·h的電量。但是如果由于IGBT的溫度超差報警,其損失的電量將會遠遠大于這個值。而且,機組頻繁啟停,會對機組各設備造成損耗,降低風機的使用壽命。同時,給機組的維護人員帶來很大的勞動強度。根據統計,改造方案實施后,平均每年IGBT升溫報警的故障大約降低了70%。而且在夏季以及用電高負荷時段,機組仍能可靠安全地運行,給電站帶來了明顯的經濟效益。

6 結語

由于環境問題越來越得到人們的重視,尋找各種清潔能源成為了必然的趨勢。風能作為一種可再生資源,而且取之不盡用之不竭,必將會給人們帶來很大的經濟效益。風機機組的運行雖然存在著由于機組溫度升高而影響機組運行的問題,但是通過技術方案改造,提高塔底的通風,促進塔底的溫度降低,使得各電氣設備能在較低的溫度環境下運行,這樣就能保證機組能長時間處于穩定可靠的運行狀態。針對風電機組的散熱問題,只有通過各種技術進行改進和創新,才能促進風電事業的平穩發展,確保新能源事業的順利開展。