【摘要】为缓解我国能源问题，有效利用风能资源，经过几十年发展，风力发电已成为国际上公认的技术最成熟、开发成本最低、最具发展前景的可再生能源之一。通过提高风电电量在全社会用电量中的比例，逐步减少常规化石能源消耗，已成为全球范围内减少温室气体排放、应对气候变暖的重要途径。为应对全球气候变化，履行节能减排义务，我国将大力发展可再生能源，到2020年非化石能源占一次能源消费的比重将达到15%，为实现这一目标，风电必将发挥更重要的作用。塔城玛依塔斯风区有良好的风资源，本文结合国电塔城发电有限公司风电设备的特性，重点论述解决风机故障的技巧，减少故障率、提高设备利用小时数。
 

    【关键词】风电；故障；效益
 

 

    在风电产业高速发展的同时，从风机机组制造到运营管理，各环节的问题也逐步显现出来，尤其是风机在运行中故障停机，查找原因、消除缺陷，往往长达数天，从而严重延迟了机组的发电时间，降低了机组的可用率，带来了巨大的经济损失。如何保证风机设备长周期、安全运行，对各类故障点出现的原因及快速解决措施成为一个当务之急解决的问题，对缩短停机检修时间，提高发电机组可用率。在迎峰度夏电力供应紧张的形势下，可以增加机组的发电时间和发电量，缓解当前的缺电局面，具有更加显著的社会、经济效益。

 

 

    国电塔城发电有限公司（以下简称塔城公司）风电地处塔城玛依塔斯风区，位于齐悟尔喀叶尔山和加依尔山之间的狭窄通道之中，地势东高西低，北高南低，西起中哈边界，东至铁厂沟，长约100公里、宽约40公里，处于东西气流通道上，冷空气进入塔城盆地，会因谷地的“狭管效应”，产生偏西大风，而当冷空气控制准噶尔盆地，形成东高西低的气压形势时，就会在谷地内产生强劲的偏东大风。年有效风速较高（3m/s﹤V﹥25m/s）,均在6000小时以上，且风向稳定，无破坏性风速出现，设备利用小数为2528小时，有利于风电机组长周期安全运行。

 

    塔城公司采用的风电设备是国电联合动力技术有限公司生产的型号为UP77-1500型风电机组，其额定功率为1500KW;变频器为ABB公司ACS800型,控制策略为IGBT；变桨系统为国电科环化电天仁生产的TR-1.5G风力发电机组变桨控制系统。塔城公司于2012年12月25日并网发电，在发电初期风机故障频繁发生，其故障主要集中在变频器系统、变浆系统、主控类等类型，经过近三个月对风机故障出现的原因进行分析、处理，掌握了及时判断故障原因及处理的方法，减少了故障停运时间，目前风机运行工况良好。下面就处理、解决塔城公司风电设备故障的方法予以交流并进行探讨。

 

 

    （一）变流器类故障及处理方法：

 

    变频器类故障主要有两种，一种是由于K3.1继电器触点粘连导致的ISU READY故障，一种是由于IGBT损坏导致的INU　SC或ISU　SC故障；对于第一类故障处理方法为利用DriveWindow软件连接变频器做充电实验，发现1.10参数为900V，相应的在做充电实验时也只听到了K2吸合的声音而未听到K1吸合的声音，故而判断为K1控制线圈未得电，检查发现K3.1的11、12触点粘连。 对于第二种故障同样用DriveWindow软件连接变频器查看故障信息，判断为IGBT损坏，更换IGBT板卡后恢复正常。

 

    （二）变桨类故障及处理方法：

 

    变桨类故障主要是桨叶撞95°限位故障，即“pitch_Atech_position.error.

 

    pitch_Atech_95_switch”和变桨安全链故障。这类故障是由于当轴箱出现CAN通讯故障，编码器故障；在与变频器正常通讯状态下无法检测PLC状态DI时（enable信号）时，进入紧急模式，变频器驱动电机至95°限位开关动作停止。处理方法为：1、检查6751卡件状态灯判断PLC与变桨变频器CAN通讯是否正常；2、检查PLC卡件连接是否紧凑牢固，通电后，观察EL2008 工作是否正常，手动测量8A1的第一通道与2X1的22端子之间是否有24VDC电压；确定卡件工作是否正常；3、检查是否报编码器故障。经现场检查发现此故障大多数是由于EL2008工作不正常引起的，小部分是由于编码器损坏引起的。

 

    （三）变桨安全链故障及处理方法：

 

    塔城公司风机所报的变桨安全链故障都是可复位的，检查从主控至轮毂安全链接线发现20号站的KL2904输出不正常，闪灯频率为慢闪五下后快闪，即报了现场电压故障，将20号站重新上24V电后，此故障消除；但运行几小时后故障又重复出现；在该风机故障状态下对KL2904的2、3口进行测量，发现电压只有18V左右，而24V电源转换模块输出电压为正常的24V，故直接从24V电源分配器引入24V电源对KL2904卡件供电，故障消除。

 

    （四）主控类故障及处理方法：

 

    现场主控故障主要为电网功率与变流器功率故障比较高，对于故障率比较高，是由于电网有功功率与变流器有功功率的差值大于10Kw，并持续10秒后，触发此故障。处理方法：分别对电压和电流采集回路进行检查是否有错，首先对电压量进行检查：1、检查塔底柜开关2Q1是否闭合；2、检查塔底柜PT工作是否正常，测量其原边电压值（690V）和副边的电压值（230），或者断开2Q1和X9的2、3、4、5端子接线，检查原边绕组值是否对称，副边绕组值是否对称；3、检查塔底柜X9的2、3、4、5、PE端子的接线；4、检查KL3403工作是否正常，是否有红色故障灯闪烁（L、N之间的相电压低于10V），正常时左上绿灯闪烁，红色故障灯分别代表为左下（L1）、左上（L2）、右下（L3）。5、检查KL3403的L1、L2、L3、N的接线；6、如存在电网电压异常情况，则等待电网电压恢复正常。通过以上检查判断，来确定更换KL3403卡件或更换塔底柜PT对故障进行排除。其次对电流量进行检查：1、检查变流器X12端子的61、62、63、64、65、66的接线；2、检查变流器的电流互感器-T1、-T2、-T3的阻值是否平衡，及分别测量61和64之间的阻值，62和65之间的阻值，63和66之间的阻值；3、检查塔底柜X9的6、8、10、11、PE的接线，7、9应与11短接；4、检查KL3403的1L1、1L2、1L3、IN的接线；5、更换KL3403，因为一部分故障是由于KL3403损坏引起的，另一部分则是由于电流互感器在变频器侧接线与塔底柜内接线不一致导致的，调整接线顺序后此故障消除。

 

    为了更好的判断此种故障原因，现对KL3403三相电量测量卡件进行介绍：KL3403的输入共有8通道，左侧4通道为U1/U2/U3/Un，是测量三相电压的输入，在塔底柜PT中将电网的690V（线电压）经过3:1的关系转换为230V(线电压)，对应相电压为133V，在主控程序中通过电压变比将3403测得的单相电压133V换算为单相400V的电压；3403右侧四通道为I1/I2/I3/In。是测量三相电流的输入，变流器中CT接线分为三组，分别测量三相电流，在塔底柜的X9端子上将每组电流互感器的一相接在一起作为In；计算的三相电网有功为Pi=Ui*Ii*cosψ=Ui*Ii，总的电网有功P=P1+P2+P3。

 

    如果单相电压和电流的通道没有正确对应，则他们的波形就为下面两种情况，一是电流超前电压120°，一是电流超前电压240°，此时Pi=Ui*Ii*cos120°=-0.5*Ui*Ii，因为电流是有方向的，若电流互感器的方向接反，此时测得电流的有效值没有变化，但跟电压的相位会相差180°，且和电压没有对应上，则会出现以下两种情况，一是电压超前电流60°，一是电压超前电流300°，即电流超前电压60°，此时Pi=Ui*Ii*cos60°=0.5*Ui*Ii。通过以上公式对功率进行计算来判断KL3403卡件电流、电压的正确接线。

 

 

    塔城公司通过风电设备试运行过程中，不断探索、研究、处理风电设备出现的各类故障，使处理故障的准确率大幅提升，消除故障时间大幅降低，试运行初期，风电设备故障33.4%，损失电量 9200MW，设备平均利用小时数仅为130小时，直接影响塔城公司效益533万元，并对塔城地区电网安全、稳定运行造成威胁，通过掌握风电设备的故障原因及解决办法，风电设备故障率降低至2.4%，设备利用小时数由 133小时/月提高到277小时/月，现平均每天相对初期多发电量230MW，提高了机组的等效利用时间，电价按照0.58元/（kW?h）计算，减少经济损失13.34万元，经济效益可观，并为塔城地区电网安全、稳定性创造了良好的运行条件。

 

 

    塔城地区积极响应国家号召，开发当地风能资源，通过大规模的风电开发，促进风电技术进步和产业发展，在我国目前经济快速增长的背景下，电力系统未来激烈的竞争不可避免，塔城公司在现代经济潮流中成功转型，步入风电这一洁净能源当中，安全、高效、稳定的生存与发展的前提是尽可能降低成本，提高机组效率、增加安全性、认真研究风电设备的故障发生原因及频发特性，及时判断故障，掌握处理方法，可以大幅缩短检修工期，直接增加机组的发电时间和发电量，同时增强电网的安全性与稳定性，经济效益和社会效益更为显著，其意义十分重大，在今后的发展中，重视并扎扎实实地解决风电发展中存在的实际问题，就一定能够推动风电产业的成长，为塔城乃至新疆地区的特色优势产业发展作出重要的贡献。

　　　

参考文献：

[1]《风力发电机组控制技术》   机械工业出版社

[2]《变频器原理及应用》      机械工业出版社    

[3]《玛依塔斯地域风力发电规划》  新疆电力设计院

 

作者简介：

姓名：尚建宏   性别：男    出生年月：1965年2月

工作单位：国电塔城发电有限公司    职务：总经理 

通讯地址：新疆额敏县铁厂沟镇铁厂沟发电厂  

联系方式：18899465456   邮箱：sjh-tdc@163.com   邮编：834615

 

姓名：邹宇    性别：男   出生年月：1970年1月 

工作单位：国电塔城发电有限公司    职务：副总经理 

通讯地址：新疆额敏县铁厂沟镇铁厂沟发电厂  

电话：18099707711   邮箱：xinjiangzouyu@126.com   邮编：834615

 

姓名：侯立明   性别：男    出生年月：1972年5月 

工作单位：国电塔城发电有限公司运检部    职务：副主任 

通讯地址：新疆额敏县铁厂沟镇铁厂沟发电厂  

电话：13779225222   邮箱:xjhouliming@163.com    邮编：834615