基于风电机组变流器故障缺陷研析

基于风电机组变流器故障缺陷研析

雷磊

龙源（西安）新能源工程技术有限公司   陕西西安   710100

摘要：本文主要分析风电机组变流器故障原因分析，重点强调变流器常见部件损坏，并以风电机组变流器故障解决措施作为研究对象，通过建立远程监控系统、定期进行维护保养以及故障诊断与定位等究，从而有效解决风电机组变流器故障缺陷问题，确保风力发电的高效、稳定。

关键词：风电变流器；故障缺陷；解决措施

引言

风电机组作为风能转化的主要设备之一，在风电场中发挥着关键作用。本文将针对风电机组变流器故障的缺陷进行深入研究和分析，探讨其发生的原因以及可能的解决方案。通过对变流器故障的详细研究，旨在为提高风电系统的运行效率、降低运维成本提供理论支持和实践指导。

1.风电机组变流器故障原因分析

1.1环境因素

各地环境千差万别，对变流器的稳定性提出了各式各样的考验，北方地区可能会有灰尘和铁矿粉尘侵扰变流器，从而诱发母排击穿的现象。在我国南方，由于气温高、湿度大和盐雾等气候特点，这会促进绝缘材料的退化，从而削弱其阻挡电流的能力，提高了发生母线放电现象的风险。并且在我国南方湿润的环境中，湿度较高可能导致母线及铜排发生腐蚀，这会继而损害其导电能力，从而加剧接触故障与绝缘材料老化等问题。

1.2变流器本体

变流器本身可能存在设计不足、质量问题或者磨损等情况，进而引发故障[1]。比如，随着时间的推移，电子零件可能出现老化现象，焊接点的接触可能变得不良，电路板或许会发生短路状况，这些问题的出现都可能会使得变流器的运行出现异常引发故障。值得注意的是，若是在变流器工作过程中，出现超负荷、温度过高、电压超出正常范围等异常状况，便可能导致设备故障。

1.3电网故障因素

电网的波动、电压的起伏不定及突发性的电压波动，可能会波及变流器，引发其功能性障碍，比如，电力网络中电压波动或者突变可能会使得变频器承受电压过高，从而受损；或者造成变频器的电流过大，触发保护机制，电网系统中，短路及接地等故障状况，可能对变流器的稳定运行造成影响，严重时还可能触发设备故障.

2.变流器常见部件损坏

2.1变流器功率模块炸裂

变流器功率模块的爆裂是常见的部件故障之一，可能导致设备损害的因素多种多样，如负载过大、电压过高、温度升高等操作状态的异常，以及设计上的电路漏洞、元件本身的品质不佳等。如果功率模块发生爆裂，可能会让变流器失去正常运转的能力，极端情况下，还会导致整个系统被迫停止运作，为了规避可能出现的问题，必须密切监控变流器的工作状况，保证其运行在安全范畴内，并且定期进行保养与检修，以便及时识别并替换可能存在风险的零部件，从而确保风力发电机组的安全运作。

2.2变流器母排放电

通过对放电的变流器母排研究，发现击穿多发生在铜排拐角处和螺栓固定处[2]。不同地区的环境因素导致了变流器母排放电的不同表现形式。在北方地区，灰尘和铁矿粉尘进入变流器柜，导致母排击穿；而在南方地区，高温、潮湿、盐雾等气候条件加剧了绝缘垫片的老化，使得绝缘性能下降，进而增加了母排放电的概率。此外，南方地区的潮湿气候还会导致母排铜排的锈蚀，降低其导电性能或引起接触不良，进一步加剧了绝缘垫片老化的问题。

2.3变流器稳压电容老化

变流器稳压电容包括两类：电解电容和薄膜电容[3]。薄膜电容采用金属镀层作为电解质，具有较低的等效串联电阻（ESR），因此寿命通常可达8万小时至10万小时，相当于超过20年的使用寿命。相比之下，铝电解电容器的寿命通常标称为4000小时，但实际运行中，每降低10摄氏度工作温度，寿命可增加2倍；而在额定纹波电流下，每增加5摄氏度，寿命也相应减少。变流器稳压电容的故障或劣化主要表现为电容放电、漏液、变形鼓包、裂纹以及容量降低等现象。

3.风电机组变流器故障解决措施

3.1建立远程监控系统

借助远程监控系统，设备维护人员能即时跟踪变流设备的运作状况、关键性能指标及故障数据，快速辨识并实施必要的应对策略。首先，借助远程监控技术，可以对变流设备进行远距离的数据获取和实时状态跟踪，包括电流、电压、温度等核心参数的严密监控，以便及时发现变流器在运作过程中的任何异常状况。

其次，系统可以对变流器进行远程诊断和故障分析，通过数据分析和故障诊断算法，准确判断故障原因和位置，为后续维修提供重要参考。并且远程监测系统具备遥控和操作功能，简易故障可通过该系统完成远程重新启动或修改设定，从而迅速恢复整流器的正常运作，最为关键的是，通过远程监控系统，能够实现对风电场的统一管理以及实时监控。

并且在面对多个变流器同时出现故障时，该系统能迅速做出响应与调度，确保风电场的运行稳定，因此，建立远程监控系统，不仅有助于提升变流器故障的侦测与处理的效率，亦可有效降低运维的经济成本，进而增强风电场的稳定性和营运的高效率，对风电产业持续发展具有深远的影响。

3.2定期进行维护保养

定期进行保养维护，能够显著减少直流电源设备的故障概率，增加其运转年限，从而提升整个电力系统的稳定性和可靠性。首先，定期保养应包括对变流器外壳的细致清洗与检验，涉及清除附着在变流器四周的尘埃和废弃物，审视接线和连接端子是否出现松弛或毁坏状况，以保证变流器能进行有效的空气流通及热能散失。

其次，定期保养还应该包括对变流器内部的细致审查与养护。这要求对电子元件及电路板的运作状况进行细致审查，发现并更换可能损坏或老化的部件，从而避免故障范围的进一步扩大。定期对变流器的电力元件进行检查和评估，监控电压、电流、温度等关键指标，以保证设备在规定的正常工作区间内稳定运行，周期性的保养服务，涵盖对变频器编程及控制模块的最新迭代与优化，旨在增强设备效能与功能多样性，提升其应对外部扰动的本领及运行的可靠性。

最后，还应建立一套完善的定期保养记录与监管体系，详尽记载每次保养的时点、细节及其成效，以便于及时识别并处理潜在问题，同时为未来的保养工作提供借鉴，定期对风电机组的变流器进行保养维护，是确保其顺畅运行和延长寿命的关键，这对于提升风电场的可靠性与经济效益起着至关重要的作用。

3.3故障诊断与定位

通过有效的故障诊断与定位，可以迅速找出变流器故障的根本原因和具体位置，为后续的维修和处理提供有力支持。一方面，故障诊断与定位需要运用先进的监测和诊断技术，例如智能传感器、数据采集系统等，实时监测变流器的运行状态和性能参数，捕捉变化趋势和异常信号，快速发现潜在故障迹象。另一方面，基于数据分析和故障诊断算法，对监测到的数据进行深入分析和处理，识别出可能的故障原因和位置，确定故障发生的根本因素，为进一步的维修提供准确依据。

此外，故障诊断与定位还需要结合实地检查和测试，对变流器的各个部件和连接进行全面检查，采用专业仪器和设备进行故障定位，验证故障诊断结果的准确性和可靠性。最重要的是，故障诊断与定位需要建立完善的记录和跟踪系统，及时记录和分析每次故障诊断的过程和结果，形成完整的故障信息库，为今后类似故障的处理提供经验积累和参考依据。

4.结论

要想解决风电机组变流器故障这一问题，使其能够平稳有序运行，还需要综合考虑各种解决措施和具体情况，从而进行有利方案选择。只有这样，才能把各种解决措施整合在一起，以此来解决风电机组变流器故障这一问题，使其正常运行，发挥出应有的作用和价值。

参考文献：

[1]顾建锋,杨维满,赵春娟,等.基于VMD小波包能量熵的风电机组变流器故障诊断方法[J].机械研究与应用,2023,36(03):163-167.

[2]杨培文,熊国专,陈铁,等.风电机组变流器故障缺陷研析[J].能源与环境,2022,(05):47-49.

[3]郑立纹,张兴,王峰.风力发电机变流器故障的分析与改进[J].新型工业化,2021,11(09):197-198.