风电机组定子电缆故障分析

风电机组定子电缆故障分析

袁枫懿

大唐新能源辽宁公司,辽宁沈阳110170

摘要：近年来，我国的工业化进程有了很大进展，对风电机组的应用也越来越广泛。一般情况下，如果双馈风电机组发电机定子线路出现相间或对地短路，会瞬间触发变频器断路器跳闸，从而避免电缆、变频器或机组烧毁事故的发生。然而，机组运行过程中，有的因变频器存在质量问题，或因现场改造、运维不当在变频器处留下了安全隐患。本文首先分析了电力电缆故障测寻的基本步骤，其次探讨了故障测距，最后就风电机组定子电缆故障进行研究，以供参考。

关键词：风电机组;数据采集与监视控制系统;故障预测

引言

风电机组通常地处气候恶劣的海上、丘陵等地区,受到地理位置、天气、时间等多种因素的限制,其定期维护和故障检修的成本较高,约占整个风电行业生产总值的10%~15%,而海上风电机组更是达到了20%~35%。为了使风能成为更经济的能源来源,需要最大限度地提高风电场的经济效益,对于风电场来说降低运行和维护成本是至关重要的。

1电力电缆故障测寻的基本步骤

对于一次电力电缆故障的测寻通常分为以下几个步骤:第一步是初步分析大概定位，找到故障的种类:俗话说谋定而后动，这个步骤是进行寻找电力电缆绝缘故障之前至关重要的一步，只有当确定了故障是哪一个种类后方可针对这个种类采用最合适的方法进行快速测寻。目前工作中往往采用检测故障电缆相对地绝缘电阻值和直流耐压测试来初步分析确定。第二步是对故障进行预定位:大概确定故障的种类后，检修人员就要采用直流电桥法、低压脉冲法、二次脉冲法等各种适合的方法对故障电缆进行粗测计量，测量后计算出故障位置距故障电缆测试端的大概距离。直流电桥法是最常见的方法，靠Murray电桥电流值也可以观察到明显的变化，对故障位置定位精准又便利。

2故障测距

判断出故障类型后，应选择恰当的方法测量故障点的距离，以便试验人员根据电缆路径走向找到故障点附近进行精确定位。常见的故障测距方法有以下三种:(1)电桥法:将被测电缆故障相与非故障相对侧终端短接，电桥两臂分别接故障相和非故障相的测试端，通过调节电阻使电桥达到平衡，按公式计算出故障点的距离。此方法所需的设备成本低，其局限性在于电缆需要有一相是完好相，不适用于三相短路故障的情况。(2)低压脉冲反射法:利用故障点阻抗与电缆波阻抗不匹配的原理，向电缆的故障相注入低压脉冲，该脉冲沿电缆传播到阻抗不匹配点时发生反射回送到测试端，根据发射脉冲与反射脉冲的往返时间差和脉冲在电缆中传播的波速度，可计算出故障点离测试点的距离。由于高阻故障会导致故障点处的反射脉冲大大削弱，因此该方法不适用于高阻故障的测距。(3)脉冲电流法:在故障相施加高压击穿故障点产生放电信号，使用仪器采集并记录信号，通过分析判断行波信号在测量端和故障点往返一趟的时间来计算故障距离。此方法设备成本较高，但适用的故障类型最为广泛。

3风电机组定子电缆故障

3.1机组报“变频器故障”后可自动复位的原因分析

风电机组在无干预的情况下能够自动完成等风检测、启机并网、正常发电和保护停机等功能。在小风或无风条件下，自动停机进入等风状态；当风速达到启动风速以上，自动启机并网。当双馈风电机组变频器出现故障时，变频器控制板内部会报故障，并发出命令迅速将变频器断路器断开。同时，将变频器故障信号传递给主控，再由主控报出“变频器故障”。然而，“变频器故障”停机并非完全由变频器自身故障造成，还可能因电网故障等原因引发。在报“变频器故障”停机后，主控会自动发出变频器复位信号，对变频器进行复位，同时对机组复位。如变频器无故障，变频器的故障状态就会被复位掉。此时，若机组的其他部位也无故障，机组就会再次启机，这样有效地避免了因变频器故障误报带来的发电量损失；如果变频器故障真实存在，主控复位变频器后，变频器的故障依然存在，将继续给主控发出“变频器故障”信号，机组将继续处于停机状态。对于那些因发电机集电环，或定子、转子回路打火而报“变频器故障”停机的机组，则需进行检查和维修，等故障排除后再并网启机，否则就会造成机组故障的不断扩大。尤其是对于那些报“变频器故障”后，主控自动复位超过规定次数而报“重复故障”停机的机组，必须进行检查并消除故障。

3.2精确定点方法

(1)声测定点法:主要用于测量高阻与闪络性故障，其原理为故障间隙击穿放电产生的机械振动传到地面形成声响，利用这种现象可以十分准确地对电缆故障进行定点。其缺点是受外界干扰较大。(2)声磁同步法:故障点放电时会在电缆外皮与大地形成的回路中感应出环流，在电缆周围产生脉冲磁场，通过寻找同一故障点产生的声音和磁场信号时间差的最小值，就能判断出故障点的位置。(3)音频感应法:音频感应法一般用于探测故障电阻小于10Ω的低阻故障。探测时，用1kHz的音频信号发生器向待测电缆通音频电流，发出电磁波，然后将接收到的电磁场信号放大，根据声响的强弱定出故障点。

3.3数据标签

为了准确地训练分类器,正确地标记数据是很重要的。在文中,使用三个类型的分类:故障/无故障:样本被分类为故障或无故障;故障诊断:样本被分类为特定故障或无故障;以及故障预测,也就是在故障发生前一小时将数据分类为特定故障。这是通过将初始运行数据分成标记的“无故障”、“所有故障”、“特定故障”和“故障预测”数据集来实现的。接下来解释了标记数据的过程。

3.4在铜排断裂初期，故障并未迅速扩大

在低风速时，机组发电功率低，定子电流小，甚至小于单根定子电缆的承载电流，此时，铜排断裂并不会影响正常发电。一方面，随着机组运行时间的增加，铜排断裂逐渐扩大，直至完全断裂，增加了电阻值；另一方面，当发电功率超过承载能力时，铜排断裂处发热增多，接触面还会因发热进一步氧化，致使电阻增大，导电性能减弱，导致铜排断裂处和连接螺栓烧熔，单根电缆承载的功率过大，电缆绝缘胶皮熔化和碳化，甚至还会出现打火。因故障机组变频器的保护电路设计较为完善，当铜排断裂处出现打火时，会引发变频器报“过流”停机，直接导致变频器断路器“瞬间”断开。主控报“变频器故障”停机，使机组和变频器得到保护。在机组停机后，随着导电轨接线箱内打火停止，变频器故障产生的原因消除，机组又能复位并网。

结语

电力电缆是电力传输的载体，电力电缆发生绝缘故障后，分情况来说如果是电缆直接短路或短路点电阻值小于1Ω的故障则采用电桥法。如果是电缆故障预定位和精确定位方面则采用冲击闪络法、声磁同步法。这些方法相对比较成熟，但设备价格较高。所以在电力工作一线现场，电力电缆绝缘故障的测寻需要依据不同的电缆故障性质和电缆的运行环境，选择不同的测定方法。并且结合资料数据共同分析，从而达到尽快测定故障位置的目的，消除缺陷恢复送电，提升地区供电可靠性，只有这样才能凸显电力自动化的优势，才能让电力电缆在越加庞大的电力系统和更加复杂的电网结构中稳定地发挥其作用，保证电力运行的安全性和可靠性，为我国的电力用户提供稳定的电力供应。

参考文献

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