浅谈如何解决和预防Switch水冷变流器温度高故障

广西卓洁电力工程检修有限公司 广西 桂林 530003

1 概述

随着时代的高速发展,人类开始探索自然界的规律,风能渐渐被人们挖掘出来,作为新的动力源逐步代替了人力、畜力,在生产的发展历程中发挥过重要作用。70年代初期,石油危机引发了能源紧张,人们开始认识到常规矿物能源供应存在不稳定性和有限性,于是探索清洁的可再生能源成为了现代社会的一个重要课题。风能作为可再生的无污染的自然能源又重新引起了人们的重视,逐步发展演变为如今的风力发电,作为一种新型能源快速在市场中占领了一席之地。变流器在风机系统中的重要作用是把风能产生的电能转换成适应于电网的电能,发电机发出的是三相交流电,此交流电的电压和频率很不稳定,随叶轮转速变化而变化,经过电机侧整流单元整流,变成直流电,送到直流母排上,再通过逆变单元把直流电逆变成能够和电网相匹配的形式送入电网[1]。而使用年限久的变流器,在大风条件下会出现过温现象,严重时还可能损坏变流器,损失较大,目前的应对方式只能限制风机功率来避免变流器过温。本文则对金风1.5MW机型Switch水冷变流器温度高故障处理及预防性展开了研究。

2 变流器水冷系统

2.1 水冷系统特点 南北方气温环境有差异,北方多采用风冷,若采用水冷,冬天管路易结冰。而南方较为潮湿,考虑设备防潮,不宜采用风冷,避免湿度大,锈蚀设备,故采用水冷。水的优点是比热系数大,同样体积的水和空气,在同样温升下,水吸收的热量大,同时,柜体采用散热管道铺设方式散热,有利于集中把热量排出塔架,也解决了塔架内部噪声大的问题。

2.2 水冷系统的结构 水冷系统主要由冷却循环系统和测量控制系统两部分组成。冷却循环系统以高压循环泵为动力源,循环泵通过管路把冷却液送入变流控制柜中,再把冷却液通过管路抽出,把冷却液送入风机外的空气散热器进行冷热交换,散热后的冷却液再由循环泵送入变流柜中,这样完成一次冷却循环。在冷却系统室内管路和室外管路之间设置了一个电动三通阀,冷却控制柜的测量控制系统根据当前冷却液的温度值自动调节电动三通阀的阀位,从而有比例的调节循环冷却液进入空气散热器进行热交换的流量,实现精确的温度调节功能。当变流系统的温度低于正常工作温度时,电动三通阀关闭,安装在管路上的电加热器根据控制要求对冷却液进行加热,循环系统通过冷却液的循环流动对变流器进行温度调节,防止了变流器温度高,同时也避免了变流器由于湿度大导致故障。

2.3 水冷系统运行原理 由主循环泵对冷却液进行升压后输送至外部散热器,经冷却后回流到变流器内带走热量,如此进行密闭式往复循环。循环管路装设有电动三通阀,采集冷却液温度的变化,自动调节进入外部散热器的冷却液的比例,利用外部散热器对冷却液进行冷却。当温度低于设定温度时,电动三通阀处于关闭状态,冷却液通过内部循环进行散热。当温度达到设定温度时,电动三通阀开始开启,处于半开半闭的状态,冷却液既通过内部循环散热,又通过外部散热器进行散热。

2.4 变流器温度高的原因 目前Switch水冷变流器出现过温情况较为普遍,特别是在夏季高温大风天气下,网侧逆变器过温造成的故障停机现象尤为突出,当功率达到1300kW时就会网侧逆变器温度就会超过70℃报温度过高故障,目前只能通过限制风机功率在1300kW以下来防止变流器过温,Switch变流器冷却系统由模块内部散热器、水冷泵加压循环装置及外部散热器冷却系统、冷却介质等构成,变流器过温的主要原因有功率模块散热器内扰流丝堵塞和功率模块散热器管壁结垢严重。水冷系统的冷却介质为冷却液,冷却液中的乙二醇是一种相对活跃的物质,容易聚合成高分子聚合物,进一步氧化成聚合物有机酸(俗称油泥),形成十分粘重的黄色胶状物质,沉积后容易结垢,降低了冷却液的冷却效果。最终确定冷却液过期变质、进水口滤网堵塞、外部散热器堵塞和扰流丝锈蚀堵塞这四个原因是导致变流器温度高的主要因素。

3 解决方案

进水口滤网堵塞可以通过清洗或者更换滤网来解决进水口堵塞问题,保证正常的水流量。外部散热器堵塞可以使用冲洗枪对其进行高压冲洗,保证外循环散热效果。扰流丝锈蚀堵塞可更换新的扰流丝,并使用加水泵对变流器内部管壁进行冲洗。而问题的关键在于冷却液的变质,变质后会导致水冷系统主要的散热部件锈蚀、堵塞。也就是问题的关键在于冷却液的使用寿命周期,正常的冷却液保质期为3年,但长期运行情况下,冷却液2年就开始变质,要达到预防变流器温度高故障,就要每2年对水冷系统冷却液进行彻底更换,保证风机变流系统冷却器管壁内不产生污垢结晶,保证水冷系统主要的散热部件的性能良好。处理前,当机组功率达到1300kW时,变流器温度已经达到70℃而报出变流器温度高故障,经过对策实施处理后,到机组功率达到1580kW(金风1.5MW机型满发状态)时,变流器温度只达到54℃,符合正常的运行温度。

结论

本文结合金风1.5MW机型变流器水冷系统的特点,分析了变流器温度高的原因以及所造成的危害。打破传统限制风机功率运行的应对方式,探索出具有可靠性和经济性的解决方案,从而成功解决并预防金风1.5MW机型Switch水冷变流器温度高问题,减少了备件损失费用,同时可使风机满负荷运行,增加了发电量。

(1)针对已经报出变流器温度高故障而限制功率运行的风机,可采用变流器冷却管道清洗、进水口锥形滤网进行清理、外部散热器冲洗、扰流丝更换等方法来解决。

(2)针对未报出变流器温度高故障的风机,可每两年彻底更换一次冷却液,预防冷却液变质导致变流器温度高。