（国家能源投资集团（济南）新能源有限责任公司广饶分公司 山东广饶 257300）
摘要：ABB变频器最早用在传统的工业中，例如钢铁、水泥、化工、造纸等行业，安装变频器的电气室都会设置净化间同时配有空调及除湿系统，确保变频器运行在优良的工作环境。同时，ABB变频器结构紧凑、小巧精致，尺寸比其他品牌的变频器约小1/3。风力发电机双馈电机ABB变频器作为电机励磁主要装置，可以为风力发电机转子提供变频交流励磁，励磁频率随着发电转速变化而改变，从而保证发电机获得旋转磁场，频率始终保持在50HZ。
关键词：风力发机组；变频优化；问题研究
一、ABB ACS800-67 风冷变频器在风机应用中存在的问题
由于风电机组运行环境和结构设计的特殊性，无法给变频器单独配备净化间和空调，那么ABB变频器结构紧凑性就由原有的优势变为劣势，散热不好就会造成变频器运行温度居高不下，为变频器稳定运行遗留了隐患。
根据热效率损失计算，1.5MW双馈机组用ABB变频器每小时产生24.6kW功率热损耗，如果这些热量不能快速排放掉，变频器温度将会快速升高。ABB风电变频器四个模块散热风扇的总流量为4240m³/h，在理想环境下，足够把变频器产生的热损耗带走。但对于风电机组而言，变频器通常安装在塔筒底部，空间相对密闭，导致变频器产生的热量损耗持续累积在塔筒的底部，塔底内温度升高，进入变频器用于冷却的空气温度高，热交换效率变差，无法及时带走变频器产生的热量。最终导致变频器高温故障停机。
二、变频器散热不足对风电机组影响
ACS800散热不良，热量在设备内部聚积，直接导致控制板、功率模块、IGBT等温度超过限值。引发机组故障、元件损坏，进而导致机组故障停机。ACS800内部含有滤波电容、Crowbar电路板、NDCU电路板等不耐热元件。长期高温加速电容老化、电路板等元件老化，直接减少元件使用寿命。现场为提高ASC800的散热效率，不得不打开变频器柜门来增强通风量，温度高问题只是缓解并未未彻底解决，同时，这种方式带来两个问题。
a.没有柜门阻挡后，灰尘侵入设备内部，导致电子元器件积灰损坏，增加模块散热风扇轴承的磨损，减少风扇的使用寿命。
上述可汇总如下：
1）高温频繁：每年的春夏两季，随着气温的升高，同时春季也是大风季节，每年到春夏之际，会频繁发生高温故障，造成大量电量损失。
电量损失计算：每年由于高温停机的次数约30次左右，每次的高温停机都是在高温大风天气发生的，正是风力发电机出力在80%以上的时候，但是由于散热不良导致变频器报高温停机，每次停机后都需要自然冷却两个小时左右，然后再重新启机运行，大风时间段单台风机每停机一小时就损失1500千瓦时的电量，一个50MW的项目，每小时电量损失到50000kWH,每年会产生300~400万kWh电量损失。
2）高故障率：春夏两季的故障率明显要比秋冬两季高出很多，除直接产生的高温故障外，由于高温引起的间接故障也比较多。过温故障约占变频器整体故障率的35%左右，高温引起的间接故障约占整体故障率的20%左右。
三、ACS800变频器通风改造方案研究
1、向上排风方式
首先在塔筒门加装大流量高风压的轴流风机（流量不小于6000m³/H，静态风压不小于200Pa），确保充足的塔筒外的空气补充到塔筒内底部，并有效到达变频器进风口。第二是把变频器的风扇控制方式改成外部电源的恒频控制，确保变频器的进风风量。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆第三是把变频器背部出风口加装一个锥体排风罩，并在塔筒的二层平台加装一台大流量高风压的轴流风机（流量不小于6000m³/H，静态风压不小于200Pa），同时通过耐高温阻燃的软管把排风罩和轴流风机连成一体，通过轴流风机快速把变频器产生的热损耗排到塔筒中部，变频器产生的热量不在塔底循环，有效降低塔底内部的环境温度，确保变频器散热良好。
2、技改后的优点及技改前存在的问题，改造的必然性
1）塔筒门加装大流量高风压的轴流风机：改造前由于塔筒门相对密闭，外部进来的温度相对较低的冷空气几乎很少，那么经过长时间连续满发运行后，变频器产生的热损耗在塔底内累积，导致塔筒内升温较高，较高的环境温度会对变频器的散热产生很大的影响，环境温度一旦超过40度，那么根据设计，变频器只能降容运行，不能满载出力，否则就会报过温停机。改造后，由于塔筒门底部加装了大流量高风压的轴流风机，塔筒外相对温度较低的冷空气会大量的吹进来，增加了塔底内的空气流量，使塔筒内的温度接近于塔筒外的温度，高风压的风机容易把塔外的空气吹到变频器的进风口，可以使变频器进入更多一些的冷却空气，提高了变频器的冷却效率。
2）变频器模块的风扇改成外部恒频控制：改造前变频器风扇由模块内部的风扇电源板和风扇控制板根据模块的温度进行变频控制，但是起动初期低频工作，只有当温度升高到110度以上时才开始超频运行，这样一来会导致变频器长期在高温下运行，导致变频器电路板及IGBT老化加快，在超频运行下风扇的轴承寿命会快速减小，导致风扇也容易损坏更换，模块的通风量增加很多，散热效果好，使模块在相对较低的温度下运行，减小了模块内核心电子器件的老化，延长了模块的寿命，降低了变频器的故障率，减小了后期维修成本。
四、ACS800变频器试验结果验证
1、某风场1.5MW机组2台变频器温度数据波形对比：
试验机组一： 根据技改要求，在塔筒门上安装两个轴流风机，向塔筒内引风，增加风机内的空气流量。将塔筒各平台爬梯盖板打开，以便风量由塔底向上排，即烟筒效应。达到部分散热的功能。但是风机流量小，风压小，导致向内的风量和风压不足，降温效果不明显。
根据变频器的温度监控波形，在满发情况下，网侧ISU温度为90度，机侧INU温度为109度。
试验机组二
环境情况： 塔筒外温度约34度 塔筒内温度：约42度，
结束语:
改机组变频器，做了完整的向上排风方式的通风改造，首先在塔筒门上加装大流量高风压的轴流风机，把塔筒外的空气强力吹进塔筒底部内，增加塔筒内底部的风压和空气流量，变频器柜门滤网更换为新型尼龙滤网，透气性好，打开了变频器的进风通道，同时变频器模块内部更换新型不锈钢滤网，增加变频器模块冷却通道的通风性能，同时模块自身的冷却风扇改为外部交流恒频控制，增加了模块的通风量，由于不再使用模块内部的风扇电源板和风扇控制板，减小了今后备件的消耗，并且降低了变频器的故障率，提高发电效率。变频器的产生的热风顺着排风罩及通风软管，经过二层平台的大流量强风压的轴流风机把变频器的热风排到风机塔筒上部。由于风压较大，形成烟囱效应。
2、达到效果
1）通过技术改造和技术升级，消除ABB变频器温度偏高运行隐患。
2）通风系统与变频器同步自动控制，彻底消除变频器的高温故障，提高变频器系统运行可靠性，延长变频器的使用寿命。
3）降低维修成本和生产运行成本，提高风电机组运行效率和发电量。
参考文献：
[1]赵品,于维平,蒋广杰.变频器在STATCOM风冷循环系统的应用[J].山东电力技术,2019,46(05):26-29.
[2]张立伟.变频器在超市风冷冷凝器上节能应用[J].冷藏技术,2015(04):55-56+54.
论文作者:单志强,刘新广,付建新
论文发表刊物:《电力设备》2019年第23期
论文发表时间:2020/4/13
标签：变频器论文; 风压论文; 轴流论文; 风机论文; 温度论文; 机组论文; 模块论文; 《电力设备》2019年第23期论文;