浅谈风第一代第二代变桨充电器自主修复的分析与实践力发电机组

广西卓洁电力工程检修有限公司 广西 南宁 530000

1 工作原理分析

变桨充电器将三相交流400V经过变桨充电器充电电源整流输出60V,80A,给超级电容和变桨逆变器AC2提供电源。充电器主要由输入滤波、DC-DC变换、输出高频整流滤波、二级滤波,以及CPU控制电路组成。其中输入整流滤波器对于电磁兼容有很大的作用,有效地抑制了来自交流电网的传导干扰,DC-DC高频交换机使整机的效率大大提高。高频整流滤波与二级滤波共同作用使电源的输出纹波极小。CPU控制系统用于控制各种负载变换情况下的稳定输出。

当超级电容得电压低于规定值时变桨充电器就立即为其充电,所以超级电容一直保持60V的电压。变桨时,变桨充电器和超级电容同时为逆变器供电,超级电容做峰值补偿,同时也做后备电源。这样就减少了变桨充电器的开关次数,同时也减少冲击次数,增加了变桨充电器 的使用寿命。机组每个叶片的变桨控制柜,都配备一套超级电容组,作为的备用的UPS电源。超级电容储备的电能,在保证变桨控制柜内部电路正常工作的前提下,足够使叶片以7°/s的速率,从0°顺桨到90°。当变桨充电器出现故障时,超级电容直接给变桨控制系统供电,可保证整套变桨控制系统的正常工作,使叶片顺桨安全停机。

2 变桨充电器故障频发分析

金紫山风电场海拔高达1700米,年平均雾天在280天左右,年平均湿度高达85%。温度、湿度快速变化叠加导致的凝露现象,一直是风电场设备元器件损坏的重要原因,每次停电融冰恢复送电后,机组故障层出不穷,其中变桨充电器首当其冲,损坏率极高。依照历年的统计数据,变桨充电器累计损坏多达58台,造成风机故障停机时长超过300小时,损失电量约25万kW·h。

维检人员对可能影响变桨充电器的各种因素进行了调查,查阅了相关资料,召开了原因分析会,从人、机、料、环这四个方面进行分析,经过归纳总结,形成五个末端因素:第一,技术力量不足设计存在缺陷。因人员未能考虑现场运行环境,充电器内部电路设计不能满足电网谐波超标的干扰,易导致内部元件损坏,由于风机处于电网的末端,电网的品质比较差,受干扰的问题常见,受谐波干扰及电网的稳态效应不高所致,容易产生高压影响,烧毁充电器内部器件,故障风机是正常停机,非直接断电。第二,电路板制造工艺问题。对故障风机变桨充电器进行拆解后发现电路板元器件存在烧损,电路板存在锈蚀现象,通过使用万用表对电路板线路进行测试存在短路现象。第三,充电器电解电容容值衰减较大。1.5MW机组的变桨充电器内部启动电容C13,部分在经历过低温运行或元器件老化容值衰减,存在变桨柜断电后充电器不能正常启动情况。经过测量低于额定值220μF。第四,冬季送出线路易凝冰,需频繁停电融冰。通过查看后台及记录,其他机组不同时间段断电再送电后未出现故障。第五,风机所处环境湿度大。使用温湿度计对风机轮毂温湿度进行测试与机外温湿度进行比较,机组停电后易凝露。得到的最终结论是:技术力量不足设计存在缺陷及冬季送出线路易凝冰,需频繁停电融冰对变桨充电器影响小;电路板制造工艺问题、充电器电解电容容值衰减较大、风机所处环境湿度大对变桨充电器影响大,是故障损坏的主要原因。

3 制定措施

为解决金紫山风电场变桨充电器无法正常启动、变桨充电器返修周期长、费用高、故障损失电量高的问题,通过成立QC小组活动,解决变桨充电器失效问题,提高风机可靠性。维检人员发现拆解的充电器电路板表面普遍存在腐蚀生锈现象,10%的充电器电路板有明显的短路痕迹,54%的变桨充电器电解电容容值远远低于标准值,而电路板绝缘能力低便是造成这些现象的主要问题。因此提高变桨充电器模块电路板表面绝缘能力,能有效减少变桨充电器故障及损坏率。

4 自主修复变桨充电器

4.1 处理过程

第一,充电器电解电容容值衰减较大,尝试使用固态电容代替电解电容。选购性能优越的电容,更换容量不足电容,进行测试检查效果是否达标,更换到风机后做好相关记录,跟踪其是否能长期运行。

第二,电路板制造工艺问题,对损坏的元器件进行统计及采购,自主维修更换损坏元器件。更换完成后进行测试检查效果是否达标,更换到风机后做好相关记录,跟踪其是否能长期运行。

第三,风机所处环境湿度大对变桨充电器影响大问题,使用板件“三防”漆提高绝缘值,减少锈蚀现象发生。选购具有优越的绝缘,防潮、防尘、防腐蚀的“三防”防护喷漆,对维修好的变桨充电器板件及元器件进行防护喷漆喷涂,通过测试,检查效果是否达标。

4.2 效果检查

1.对喷涂绝缘漆的自主维修变桨充电器进行模拟高湿度试验:电路板进行喷水实验,试验结果可达到IP68的效果。

2.做变桨充电器NG5启动测试:实验数据输出电压在±0.6%标准范围内数据合格。

3.通过对不同机组进行温度数据跟踪比较,均在合格范围内。

5 结语

通过自主修复变桨充电器成功打破了风机厂家备件维护的技术垄断,还解决了风电自主维检中“提高变桨系统可靠性”这一棘手难题。目前,该项成果已经固化到《风电机组检修维护规程》中,并在2020年金紫山风电场全年检修工作中全面实施。