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摘要：变流器过流是风电机组的常见故障，严重影响了风电机组的稳定运行。结合双馈风电机组变流器的拓扑结构、电路接线，本文对双馈风力发电机组变流器过流故障进行了详细的分析，并总结了相应的解决措施，对双馈风电机组变流器的维护检修工作有一定的指导意义，有助于提高双馈风电机组的检修效率及风电场的经济效益。
关键词：双馈风电机组；变流器；过流
1 引言
双馈感应式风电机组DFIG（Doubly-Fed Induction Generator）因其能够很好地调节有功功率、无功功率，实现最大风能追踪捕捉，且采用了容量较小的变流器，降低了风电机组的生产成本，所以在已投运的风电机组中占了很大的比例。双馈式风力发电机组的定子绕组通过定子并网断路器接入电网，转子绕组由变流器提供频率、相位、幅值可调的交流励磁电流。变流器根据风电机组的转速变化，调节励磁电流的频率，控制定子绕组恒频输出。同时，变流器矢量控制，以实现发电机有功功率和无功功率的调节。
2 过流原因分析及处理措施
变流器在DFIG的正常运行中起着至关重要的作用。在DFIG电气回路故障中，变流器故障是高频故障，而变流器过流故障又是最常见的故障之一。本文对DFIG风机变流器的过流故障进了分析，并给出了相应处理措施。
2.1 预充电回路故障，导致过流
变流器的电气接线如图1所示。变流器的预充电回路，是为了防止电网侧滤波器件产生过流。风电机组启动之后，加速达到并网转速时，预充电接触器K2吸合，变频器直流母排充电至970VDC左右，电网侧变流器工作，直流母排电压经电网侧变流器逆变，使A点电压渐升为690VAC，且电流值为57A。如果没有预充电环节，直接吸合电网侧接触器K1，则会使A点瞬间过电流。其次，在预充电回路中，如果22Ω充电电阻出现短路故障或已被烧坏，则该电阻将不具备限流作用，致使充直流母排充电过流，变流器报过流故障。
处理措施：
用万用表测量预充电回路充电电阻的阻值，两块电阻的阻值均为22Ω，确认充电电阻是否需要更换。同时，检查充电电阻接线端情况，确认接线牢靠，直流正极回路接线与负极回路接线之间无异物。
检查预充电回路电压、电流检测装置的接线情况，检测装置良好，确认无虚接、短路。
检查电网侧接触器K1、预充电接触器K2吸合、断开功能是否正常，主回路接线与控制回路接线是否紧固牢靠，控制回路接线的屏蔽线是否可靠接地。
一般情况下，预充电回路出现过流现象，则预充电回路3x8A的熔断器会熔断。检查预充电回路3x8A熔断器卡槽内的每一相熔断器，测量其电阻值。若已熔断，则需要更换相同规格型号的熔断器。
2.2 电网侧变流器故障，导致过流
预充电完成后，电网侧变流器接触器K1吸合，同时预充电接触器K2断开，电能从电网侧变流器送至直流母排，此时母排电压为1050VDC，电网侧变流器提供系统所需无功能量，包括电抗器、高频滤波装置等。当电网侧变流器发生故障时，电网侧变流器接触器K1闭合的瞬间，变流器报过流故障。
处理措施：
检查变流器电网侧电抗器。测量电抗器三相相间阻值及单相对地阻值。相间阻值应对称相等，单相对地应绝缘，绝缘阻值一般在1.5MΩ以上。
检查电网侧阻容滤波回路。阻容滤波回路中的各电阻、电容外观正常，接线端无烧黑痕迹。其次，测量滤波电阻阻值，6块滤波电阻的阻值均为1Ω，且每块电阻两端接线均应对地绝缘。测量时，应把待测电阻隔离，避免外围电路影响测量结果。同时，逐一测量0.1uF的滤波电容，电容两接线端之间应无击穿现象。
检查电网侧阻容滤波回路3x150A熔断器。一般情况下，阻容滤波回路中的电阻或电容烧毁、击穿时，引起的过电流会使得电网侧阻容滤波回路3x150A熔断器熔断。用万用表测量每相150A熔断器阻值，若已熔断，则需要更换相同规格型号的熔断器。
检查电网侧变流器IGBT。电网侧变流器每相3块IGBT，三相共9块IGBT，检查时应分相分块进行。IGBT外观应无烧黑、开裂痕迹。用万用表测量每相IGBT整流桥交流侧与直流母排之间的电阻值，三次测量结果应一致。若阻值明显不一致，则逐一检查9块IGBT。由于每一相的3块IGBT为并联接线，检查时应把待测IGBT隔离，避免外围电路影响检查结果。
2.3 转子侧变流器故障，导致过流
当电能从电网侧变流器送至直流母排，母排电压为1050VDC，由电网侧变流器提供系统所需无功能量之后，转子侧变流器启动，电网侧变流器电流为80A左右，转子侧变流器电流为20A左右。当转子侧变流器发生故障时，变流器报过流故障。
处理措施：
转子侧变流器故障导致过流，与电网侧变流器故障导致过流的处理措施基本一致。只是在转子侧阻容滤波回路中电阻的参数不同，转子侧阻容滤波回路中3块电阻的阻值均应为47Ω。
2.4 crowbar单元故障，导致过流
当风电机组其他系统出现故障（如安全链断开），风机瞬间顺桨并脱网，此时由于风轮巨大的惯性仍处于旋转状态。转子侧变流器集聚的能量需要通过放电电阻释放。当放电回路故障时（如放电电阻虚接），转子侧变流器会出现过电压及过电流现象。此时，crowbar单元检测到过压、过流信号，crowbar单元动作，发出保护信号至晶闸管门极，使其导通，把能量释放掉，从而保护了转子侧变流器不被烧坏。crowbar单元动作的同时，给风机PLC主控回馈信号。即，出现变流器过流告警、过压告警及crowbar动作告警。
其次，当风电机组正常运行，crowbar单元出现故障，发生误触发时，导致晶闸管导通，此时风机瞬间顺桨并脱网，同时给风机PLC主控回馈信号，出现变流器过流告警、过压告警及crowbar动作告警。此故障是由于crowbar控制单元的误动作导致。
处理措施：
检查crowbar放电电阻。用万用表测量放电电阻阻值，其阻值应为0.3Ω，测量阻值时应将放电电阻隔离。同时检查放电电阻接线，确认接线牢固可靠。
检查放电回路二极管。测量二极管阻值，以及A、K极的正向导通、反向截止是否正常。
检查crowbar单元晶闸管。测量晶闸管A、K、G极之间的阻值，确认其是否被击穿 。
检查crowbar单元触发信号线。确认该两股信号线呈双绞线形式，必要时将该双绞线换成带屏蔽层的信号线，避免信号线受强电回路的干扰，而发生误触发现象。
如果风机在正常运行期间，报crowbar动作告警，在以上检查项目均完成后，仍出现crowbar动作告警，则更换crowbar控制单元，即crowbar control，如图1所示。
3 结束语
通过对双馈风电机组变流器过流故障的分析可知，检修人员应该熟悉风电机组的并网工作过程，掌握变流器在风机并网过程中每一环节的能量流向。根据变流器过流故障的特点，检修人员应根据变流器的结构，分别检查一次、二次回路，从而确定引发过流故障的原因，然后采取相对应的处理措施，恢复风电机组正常运行。
论文作者:胡小康
论文发表刊物:《电力设备》2017年第2期
论文发表时间:2017/4/7
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