風電變流器預防性維護檢測技術應用

單雙毅

內蒙古京能巴音風力發電有限公司 內蒙古包頭 014500

1 劣化因素分析

風電機組運維過程中的故障統計數據分析表明，造成風電變流器劣化的主要因素可以歸結為以下幾方面：

1.1 電氣因素

因風電機組故障或超發引起的變流器過電流造成其內部導體和絕緣材料局部過熱老化；過負荷分合斷路器和接觸器時因電弧火花造成的觸頭氧化及接頭燒蝕；因操作過電壓、雷電過電壓造成絕緣強度下降；因絕緣材料局部放電造成的單點破壞逐漸擴大，導致整體絕緣的全面劣化。

1.2 機械因素

長期高電壓大電流工況下因高頻次分合斷路器和接觸器等造成的觸頭磨損、彈簧疲勞及線圈老化；因變流器本身或受外部的機械應力造成的螺栓松動及接觸不良甚至器件磨損變形；因風電機組長期運行過程中難以避免的振動、沖擊等反復作用造成的疲勞劣化[1]。

1.3 發熱因素

因過負荷、短路電流、高頻電流引起變流器內部器件的膨脹、收縮、變形、松弛從而造成接頭松動、彈性失效、密封不良等；因溫升過高使絕緣材料熱分解、氧化等化學變化造成絕緣性能降低；因過負荷、內部短路以及操作電氣開關時產生的電弧造成部分材料變形甚至燒蝕。

1.4 環境因素

風電變流器所處環境相對惡劣，因高溫發熱、鹽霧潮濕、灰塵油污以及紫外線輻射等都無法估計，造成其內部接頭部位接觸不良、器件連接點氧化腐蝕以及絕緣材料變質老化；因老鼠、白蟻等小動物咬壞電纜、浸水等造成的破損。

2 風電變流器的預防性維護檢測

2.1 預防性維護檢測技術

通過對國內外風電變流器在運行過程中發生的電氣事故進行統籌分析，尤其是電氣火災事故，按照其形成機理通?？梢苑譃檫^熱型和放電型兩類。其中，過熱型隱患的基本特征是內部器件、線路電纜以及電氣接頭等部位異常發熱，當累積到一定程度時會引燃絕緣材料及附近的可燃物，產生燒蝕甚至火災事故；放電型隱患的基本特征是密封器件劣化受損或絕緣材料受潮受損，并伴隨著游離放電或電暈現象，當累積到一定程度時會造成絕緣擊穿，產生電火花或電弧甚至造成事故[2]。

2.2 預防性維護檢測技術

通過對國內外風電變流器在運行過程中發生的電氣事故進行統籌分析，尤其是電氣火災事故，按照其形成機理通常可以分為過熱型和放電型兩類。其中，過熱型隱患的基本特征是內部器件、線路電纜以及電氣接頭等部位異常發熱，當累積到一定程度時會引燃絕緣材料及附近的可燃物，產生燒蝕甚至火災事故；放電型隱患的基本特征是密封器件劣化受損或絕緣材料受潮受損，并伴隨著游離放電或電暈現象，當累積到一定程度時會造成絕緣擊穿，產生電火花或電弧甚至造成事故。通常難以通過傳統的電氣檢測方法在其初發期及時發現，但隨著紅外檢測和超聲波檢測技術逐漸成熟，能夠在不停電的情況下有效地發現設備的早期缺陷，并對故障部位、性質和成因進行定性分析，大大提高了設備的供電可靠性和運行可靠性。

2.2.1 紅外檢測技術

對于過熱型隱患，可以利用紅外檢測設備對工作狀態下的風電變流器進行測量，比較典型的主要有紅外測溫儀、紅外熱像儀和紅外熱電視，其中最具備智能故障診斷開發能力的是紅外熱像儀，其基本原理是利用紅外探測器和光學成像物鏡，接收被測目標的紅外輻射能量分布圖形，并將其反映到紅外探測器的光敏元件上，從而獲得紅外熱像圖，并利用不同的顏色代表被測物體的不同溫度，然后應用圖像處理技術，分析出設備的運行狀態[3]。

2.2.2 超聲波檢測技術

對于放電型隱患，可以利用超聲波檢測設備對工作狀態下的風電變流器進行測量，比較典型的有超聲波局部放電檢測儀，其基本原理是利用外差法將電氣局部放電所產生的高頻噪聲通過壓電原理先行轉化為電流信號，然后再通過內部處理將其轉化為人耳可聽的音頻信號，并在通過高頻接收器接收電氣設備產生的超聲波信號時對其音質和強度進行分析，這樣可以快速檢測出放電現象并精確定位故障點，從而及時發現設備內部的隱患缺陷。

3 風電變流器預防性維護檢測方案

3.1 斷路器

主斷路器是風電機組與電網線路連接的核心保護器件，對整個機組起到安全保護作用。目前主斷路器基本具備計數功能，但由于斷路器在故障時會帶大電流分斷，導致內部絕緣下降，動作次數只能作為參考，可以通過紅外技術檢測其內部動靜觸頭及外部接頭處的溫度分布來判斷是否接觸不良，通過超聲波檢測技術檢測斷路器滅弧室是否存在局部放電。

3.2 熔斷器

風電變流器的預充電回路、直流母線回路以及卸荷回路等多處串接有熔斷器，主要用于在過電壓、過電流或過負荷發熱時通過快速熔斷來防止故障擴散。如果熔斷器使用時間過久，因鹽霧腐蝕、臟污氧化或溫度變化等使熔體特性變化而發生誤斷；或者滅弧介質受到環境影響而受潮導致滅弧性能受損，分斷電流能力下降，在紅外檢測中會表現為熔斷器和熔體表面的溫度值較正常值偏高，可以通過提取最高溫度值，與相鄰相的同類熔斷器進行比較?？梢酝ㄟ^超聲波檢測技術來檢測熔斷器的接線端子是否存在局部放電[4]。

4 結語

紅外檢測技術和超聲波檢測技術可以作為風電變流器預防性維護的重要檢測技術，尤其是對開展風電變流器狀態監測具有重要意義。紅外檢測和超聲波檢測技術符合應用為先的狀態監測指導方針，采用非接觸式帶電檢測，是常規停電檢測的有益補充，有助于及時發現變流器設備的電氣故障隱患。運用紅外檢測和超聲波檢測技術對風電變流器關鍵電氣部件進行隱患檢測和故障診斷，具有較高的準確度和靈敏度，隱患排查推斷相對簡單明晰，適合于在風電系統中推廣應用。