廣西卓潔電力工程檢修有限公司 廣西 南寧 530000

1 工作原理分析

變槳充電器將三相交流400V經(jīng)過(guò)變槳充電器充電電源整流輸出60V,80A,給超級(jí)電容和變槳逆變器AC2提供電源。充電器主要由輸入濾波、DC-DC變換、輸出高頻整流濾波、二級(jí)濾波,以及CPU控制電路組成。其中輸入整流濾波器對(duì)于電磁兼容有很大的作用,有效地抑制了來(lái)自交流電網(wǎng)的傳導(dǎo)干擾,DC-DC高頻交換機(jī)使整機(jī)的效率大大提高。高頻整流濾波與二級(jí)濾波共同作用使電源的輸出紋波極小。CPU控制系統(tǒng)用于控制各種負(fù)載變換情況下的穩(wěn)定輸出。

當(dāng)超級(jí)電容得電壓低于規(guī)定值時(shí)變槳充電器就立即為其充電,所以超級(jí)電容一直保持60V的電壓。變槳時(shí),變槳充電器和超級(jí)電容同時(shí)為逆變器供電,超級(jí)電容做峰值補(bǔ)償,同時(shí)也做后備電源。這樣就減少了變槳充電器的開(kāi)關(guān)次數(shù),同時(shí)也減少?zèng)_擊次數(shù),增加了變槳充電器 的使用壽命。機(jī)組每個(gè)葉片的變槳控制柜,都配備一套超級(jí)電容組,作為的備用的UPS電源。超級(jí)電容儲(chǔ)備的電能,在保證變槳控制柜內(nèi)部電路正常工作的前提下,足夠使葉片以7°/s的速率,從0°順槳到90°。當(dāng)變槳充電器出現(xiàn)故障時(shí),超級(jí)電容直接給變槳控制系統(tǒng)供電,可保證整套變槳控制系統(tǒng)的正常工作,使葉片順槳安全停機(jī)。

2 變槳充電器故障頻發(fā)分析

金紫山風(fēng)電場(chǎng)海拔高達(dá)1700米,年平均霧天在280天左右,年平均濕度高達(dá)85%。溫度、濕度快速變化疊加導(dǎo)致的凝露現(xiàn)象,一直是風(fēng)電場(chǎng)設(shè)備元器件損壞的重要原因,每次停電融冰恢復(fù)送電后,機(jī)組故障層出不窮,其中變槳充電器首當(dāng)其沖,損壞率極高。依照歷年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),變槳充電器累計(jì)損壞多達(dá)58臺(tái),造成風(fēng)機(jī)故障停機(jī)時(shí)長(zhǎng)超過(guò)300小時(shí),損失電量約25萬(wàn)kW·h。

維檢人員對(duì)可能影響變槳充電器的各種因素進(jìn)行了調(diào)查,查閱了相關(guān)資料,召開(kāi)了原因分析會(huì),從人、機(jī)、料、環(huán)這四個(gè)方面進(jìn)行分析,經(jīng)過(guò)歸納總結(jié),形成五個(gè)末端因素:第一,技術(shù)力量不足設(shè)計(jì)存在缺陷。因人員未能考慮現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境,充電器內(nèi)部電路設(shè)計(jì)不能滿足電網(wǎng)諧波超標(biāo)的干擾,易導(dǎo)致內(nèi)部元件損壞,由于風(fēng)機(jī)處于電網(wǎng)的末端,電網(wǎng)的品質(zhì)比較差,受干擾的問(wèn)題常見(jiàn),受諧波干擾及電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)效應(yīng)不高所致,容易產(chǎn)生高壓影響,燒毀充電器內(nèi)部器件,故障風(fēng)機(jī)是正常停機(jī),非直接斷電。第二,電路板制造工藝問(wèn)題。對(duì)故障風(fēng)機(jī)變槳充電器進(jìn)行拆解后發(fā)現(xiàn)電路板元器件存在燒損,電路板存在銹蝕現(xiàn)象,通過(guò)使用萬(wàn)用表對(duì)電路板線路進(jìn)行測(cè)試存在短路現(xiàn)象。第三,充電器電解電容容值衰減較大。1.5MW機(jī)組的變槳充電器內(nèi)部啟動(dòng)電容C13,部分在經(jīng)歷過(guò)低溫運(yùn)行或元器件老化容值衰減,存在變槳柜斷電后充電器不能正常啟動(dòng)情況。經(jīng)過(guò)測(cè)量低于額定值220μF。第四,冬季送出線路易凝冰,需頻繁停電融冰。通過(guò)查看后臺(tái)及記錄,其他機(jī)組不同時(shí)間段斷電再送電后未出現(xiàn)故障。第五,風(fēng)機(jī)所處環(huán)境濕度大。使用溫濕度計(jì)對(duì)風(fēng)機(jī)輪轂溫濕度進(jìn)行測(cè)試與機(jī)外溫濕度進(jìn)行比較,機(jī)組停電后易凝露。得到的最終結(jié)論是:技術(shù)力量不足設(shè)計(jì)存在缺陷及冬季送出線路易凝冰,需頻繁停電融冰對(duì)變槳充電器影響小;電路板制造工藝問(wèn)題、充電器電解電容容值衰減較大、風(fēng)機(jī)所處環(huán)境濕度大對(duì)變槳充電器影響大,是故障損壞的主要原因。

3 制定措施

為解決金紫山風(fēng)電場(chǎng)變槳充電器無(wú)法正常啟動(dòng)、變槳充電器返修周期長(zhǎng)、費(fèi)用高、故障損失電量高的問(wèn)題,通過(guò)成立QC小組活動(dòng),解決變槳充電器失效問(wèn)題,提高風(fēng)機(jī)可靠性。維檢人員發(fā)現(xiàn)拆解的充電器電路板表面普遍存在腐蝕生銹現(xiàn)象,10%的充電器電路板有明顯的短路痕跡,54%的變槳充電器電解電容容值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)值,而電路板絕緣能力低便是造成這些現(xiàn)象的主要問(wèn)題。因此提高變槳充電器模塊電路板表面絕緣能力,能有效減少變槳充電器故障及損壞率。

4 自主修復(fù)變槳充電器

4.1 處理過(guò)程

第一,充電器電解電容容值衰減較大,嘗試使用固態(tài)電容代替電解電容。選購(gòu)性能優(yōu)越的電容,更換容量不足電容,進(jìn)行測(cè)試檢查效果是否達(dá)標(biāo),更換到風(fēng)機(jī)后做好相關(guān)記錄,跟蹤其是否能長(zhǎng)期運(yùn)行。

第二,電路板制造工藝問(wèn)題,對(duì)損壞的元器件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及采購(gòu),自主維修更換損壞元器件。更換完成后進(jìn)行測(cè)試檢查效果是否達(dá)標(biāo),更換到風(fēng)機(jī)后做好相關(guān)記錄,跟蹤其是否能長(zhǎng)期運(yùn)行。

第三,風(fēng)機(jī)所處環(huán)境濕度大對(duì)變槳充電器影響大問(wèn)題,使用板件“三防”漆提高絕緣值,減少銹蝕現(xiàn)象發(fā)生。選購(gòu)具有優(yōu)越的絕緣,防潮、防塵、防腐蝕的“三防”防護(hù)噴漆,對(duì)維修好的變槳充電器板件及元器件進(jìn)行防護(hù)噴漆噴涂,通過(guò)測(cè)試,檢查效果是否達(dá)標(biāo)。

4.2 效果檢查

1.對(duì)噴涂絕緣漆的自主維修變槳充電器進(jìn)行模擬高濕度試驗(yàn):電路板進(jìn)行噴水實(shí)驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果可達(dá)到IP68的效果。

2.做變槳充電器NG5啟動(dòng)測(cè)試:實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸出電壓在±0.6%標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)數(shù)據(jù)合格。

3.通過(guò)對(duì)不同機(jī)組進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)跟蹤比較,均在合格范圍內(nèi)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)自主修復(fù)變槳充電器成功打破了風(fēng)機(jī)廠家備件維護(hù)的技術(shù)壟斷,還解決了風(fēng)電自主維檢中“提高變槳系統(tǒng)可靠性”這一棘手難題。目前,該項(xiàng)成果已經(jīng)固化到《風(fēng)電機(jī)組檢修維護(hù)規(guī)程》中,并在2020年金紫山風(fēng)電場(chǎng)全年檢修工作中全面實(shí)施。