浅谈MY1.5Se风力发电机组ABB变频器功率模块冷却风扇控制策略

吕大朋 崔倩

（大唐向阳风电有限公司）

浅谈MY1.5Se风力发电机组ABB变频器功率模块冷却风扇控制策略

吕大朋 崔倩

（大唐向阳风电有限公司）

随着国家风电政策的不断出台，限电情况有所好转。如何提高风机的可利用率、降低故障率显得尤为重要。本文主要分析了变频器超温的解决办法。通过现场的应用实例，验证了本技术在应用上的有效性及优越性。

变频器；功率模块；风扇电源板

0 引言

变频器是双馈式风电机组中非常关键的部件，它将发电机转子侧的电能通过整流、逆变接入电网。变流器可以调节转子侧的励磁电流，控制风力发电机的功率因数。因此对变频器的维护保养十分重要。随着夏天温度的升高和大风天气的来临，风机里的变频器作为一个发热的设备，容易出现温度过高而造成停机的现象。ABB变频器属于交-直-交变频器，三相电源经过整流器得到直流电，通过直流母线向逆变器供电。一般情况下，功率器件发热量大是造成变频器过温故障的罪魁祸首。功率器件包括整流器里的二极管和逆变器里的IGBT。IGBT由于频繁通断，开关损耗直接决定了发热量，工作电流越大，开关频率越高，发热量越大。现在变频器内的整流器和逆变器都已模块化，为了便于整流器和逆变器散热，都会将两者可靠地连接到散热片。散热片里有通风管，变频器的风扇就在通风管下端，向上吹气，把热量带走。在变频器一些部位都安装有温度传感器，如果测量值超过报警温度就报警，如果超过跳闸温度就跳闸。在日常的工作中，发现风电场ABB变频器功率模块风扇电源板AFPS经常损坏，导致变频器超温，故障频发，尤其是大风和高温天气来临时，变频器风扇电源板经常出现批量性损坏。每年因该项原因造成的直接损失就达几百万元，另外由超温引起的IGBT损坏、滤波电容寿命大大降低等间接损失更加难以估算。因此为了降低备件消耗成本、减少风机故障时间和延长变频器使用寿命，风电场根据实际情况建议取消变频器风扇电源板AFPS和风扇控制板AFIN，改由塔基控制柜电源直接对变频器功率模块冷却风扇进行恒频供电，通过变频器本身逻辑对风扇供电电源进行控制，现提出本策略。

1 传统冷却风扇控制法

ABB变频器并网柜内有四个模块，分别为ISU、LCL、INU1、INU2。每个模块底部各有一个风扇，该风扇通过风扇电源板和风扇控制板进行变频控制。控制复杂导致风扇电源板和风扇控制板极其容易损坏，已无法满足现场的实际需求。

2 恒频冷却风扇控制法

在ABB变频器控制柜内增加一个线圈电压为220V的交流接触器7KM1，从塔基控制柜内取一备用三相380V电源同时为变频器功率模块冷却风扇供电，交流接触器主回路进线端接塔基柜380V供电电源，出线端分别并接变频器冷却风扇进线端子。交流接触器线圈得电由变频器控制柜K3继电器备用辅助触点控制，当K3继电器得电时，变频器K1接触器吸合，变频器处于充电或并网状态，K3接触器吸合使得新增加的交流接触器线圈吸合，变频器冷却风扇得电开始对功率模块进行冷却。此方法控制策略简单，效果好。

2.1 现场实施

2.1.1所需器件和材料

1）交流接触器7KM1，ABB变频器ISU和INU模块的冷却风扇最大输出功率和最大输出电流分别为650W和3A，因此该交流接触器选型要求不高。

2）冷却风扇供电导线若干，由于冷却风扇线电流较小，其进线采用0.5mm²或0.75mm²规格的导线即可，而从塔基柜至7KM1的导线可以采用1.5mm²规格。

3）绝缘胶布、扎带若干。

2.1.2 所需工具

需要的工具包括：大小十字、一字螺丝刀各一把，剥线钳一把。

2.1.3 现场接线

1）塔基柜至变频器连线，该项用1.5mm²导线：用塔基柜空开8Q6作为备用电源空开，8Q6主回路出线端子分别连接至塔基柜 X3.4/400端子的1、2、3脚，用导线将塔基柜X3.4/400端子的1、2、3脚与接触器7KM1主回路进线端L1、L2、L3分别对应连接起来，测试之前将8Q6合闸。

2）新增交流接触器线圈控制电源接线，该项用0.75mm²导线：用导线将变频器控制柜K3继电器的24脚与34脚短接，K3的31脚连接至7KM1的A1脚作为交流接触器线圈的控制电源，K3的A2脚与7KM1的A2短接。

3）新增交流接触器与冷却风扇接线，该项用0.75mm²导线：将ISU、INU1、INU2模块对应的三个冷却风扇进线端子X2进线X2：1-X2：9（X2：5脚接地进线不拆）拆除，用绝缘胶布包好并固定。分别将三个X2端子的7、8、9脚短接，使冷却风扇电机绕组形成Y连接。在7KM1的出线端子L2、L4、L6处各用三根导线并接引出，L2引出的三根导线分别连接至ISU、INU1、INU2模块的 X2 端子上的1脚，L4引出的导线分别连接至X2端子上的2脚，L6引出的导线分别连接至X2端子上的3脚，将所有X2端子放回原处固定好。

以上工作完成后开始对变频器进行充电测试，观察变频器风扇是否可以正常运行，旋转方向是否正确。

3 注意事项

工作之前须断开变频器主电源Q2开关及控制柜电源。将 SACE 开关用机械锁锁住、禁止合闸。断开塔基柜所需使用的电源空开4Q4和4Q5。注意线路敷设的工艺问题，尽量整齐美观。

4 存在问题

由于采用从塔基柜取电直接对冷却风扇进行恒频供电，而且利用变频器本身的逻辑控制风扇的运行，即变频器并网或者充电测试时冷却风扇均会运行，但由于取消了风扇电源板AFPS和风扇控制板AFIN，所以冷却风扇失去了热保护功能。原来风扇热保护是由风扇控制板AFIN对冷却风扇进行监控和保护，即通过X2端子的4、6脚对冷却风扇进行热保护。考虑到长期运行可能会带来安全隐患，例如在运行中冷却风扇叶子出现折断或者摩擦打火，扇叶碎片等可能会对功率模块造成损伤，带来一定的安全隐患，所以建议在冷却风扇上面均加上保护滤网。

5 结束语

通过本策略的实施，基本上解决了风电场ABB变频器的超温问题，解决了由超温引起的变频器IGBT损坏、滤波电容寿命大大增强，有效地降低了生产成本及故障的发生率，解决了由于采购周期长导致电量损失的弊端。在风电场整改后，运行稳定，未发生异常，极大地提高了风力的可利用率及发电量。

（2016-07-08）