某风力发电机组塔底强制散热技术改造研究

国华爱依斯(黄骅)风电有限公司 河北 黄骅 061100

1 引言

由于经济发展的需要,地球上越来越多的能源被利用,这就容易造成能源的枯竭。而风能作为可再生能源,不仅使用无污染,而且成本非常低,逐渐受到了很多新能源开发公司的青睐。虽然风能的使用有很多优点,但是风力发电机组在运行时由于变流器的功率非常大,发热量较多,容易造成机组的温度升高。这就给机组的安全运行带来隐患。因此,为了避免发电站安全事故的发生,以及确保稳定可靠的用电环境,必须要解决这些问题。

2 机组概况

华锐机组部分发电机的厂家为大连天元电机有限公司,以国内某风电场为例,风机发电机生产日期为2010年2月份,已经运行数十年时间。其型号为YSSFL-B,额定功率为1520kW,频率为50HZ。电机的定子电压为690k V,定子电流为1060A。电机运转的额定转速为1800r/min。转子电压为415k V,转子电流为370A,定子接法为△,转子的绕组为Y。机组的自身重量为5916kg。由于机组运行的时间较长,在2018年开始断断续续出现风电机组报警的情况,显示IGBT出现高温,尤其是进入高温季节,由于用电负荷较高,该报警情况更加明显。初步对异常现象几颗星过排查,并对整个机组的风机滤网进行了清理,但是还出现高温报警,效果不明显。将滤网更换后,在机组高负荷运行时,仍旧无法彻底消除该故障。对机组的运行造成了一定的影响。

3 机组频繁报IGBT温度高的原因分析

为了避免由于高温报警而给机组的运行带来负面影响,以及全面保证各机组设备运行安全和运行寿命的提升,研究人员对该故障进行了多次分析,并最终将高温报警的原因锁定为机组内部运行时由于通风较差,各电气运行时产生的热量不断被积累造成的。在塔筒内的通风由于靠自然通风,风差的压力几乎没有,在变流器柜的内部由于滤网的存在,并且是多层的,这就给原本通风不好的环境带来了更加负面的影响。风电机组在这样的环境下工作,散出的热量得不到及时排除,温度越来越高,最终达到设备警报温度,从而触发IGBT温度高故障报警。

4 风力发电机组塔底强制散热技术改造方案

锁定原因后,就可以制定针对性的改造方案了。该问题产生的主要原因在于塔底通风不良。因此,通过改造,将风压差增大,形成风的对流。为了尽可能避免改造过程中对塔底和塔筒带来安全上的风险,改造方案为在塔筒和门塔的位置上方安装一个风扇进行强制通风散热。为了能根据温度的高低来自动控制风扇的启停,安装一个热电阻温度传感器,对塔筒内的环境温度进行测量。当测得的温度超出规定值时,热电阻传感器将信号传递给系统,接头风扇的电流进行运行。当温度降低到规定值以下时,同样由热电阻传感器来传递信号,风扇就可以停止工作。这样既达到了通风降温、消除IGBT报警故障,又最大程度节能环保。

根据机组的配置,选用的风机各参数如下:功率大小为540W,电压400V,采用的是三相供电形式。通过端子将PT100与卡件进行相连接。为了及时监测到塔底的温度,安装接触器15K5进行温度的采集。所有测量的数据通过可编程逻辑控制器进行控制,以达到风扇的启动和停止。根据机组的大小,以及塔底的位置布置,本设计方案总共需要3台风机。具体安装步骤为:①为了便于线的布置,在爬梯的竖粱上开小孔,孔的数量和支架的数量及位置要一一对应。为了安装孔的位置准确性,可以先确定一个孔,安装上支架后,通过支架孔的位置来打孔;②安装支撑架,并用螺栓进行固定。按钻过固定最下端支撑架的半环时,要用轧带将支撑架和风管的吊环进行拉紧固定;③出风管自由下垂状态下,确定风机的安装位置。移走风机后,用笔对风机的位置进行标记,以保证打孔的位置准确。开孔后将进风管放入。由于开孔时会有铁屑产生,必须要采取保护措施周围环境,防止铁屑进入其它电气内部,产生安全隐患;④安装好各装置后进行调试,最终合格后再投入使用。

5 改造结果分析

在改造前,塔内的温度由于机组的设备运行,使得周边的环境温度较高,当外部的环境为30°C时,塔内的温度大约为45°C。通过本技术方案改造,实际监测到的温度有大幅度的下降,实际监测到的数据显示塔内的温度和外部温度基本保持一致。尤其是在夏季温度高、以及机组运行负荷较高的时候,改善前后的温度差异非常明显。

通过改造后,IGBT出现因为温度升高而报警的现象大幅降低,在塔底的变流柜、变压器等设备由于温度的降低,运行效率得到了很大的提升,发电总量比改造之前要大。而且,各电气设备和电子元件的使用寿命也得到了延长。虽然本设计方案总共需要增加3台风机,风机在运行时需要消耗一定的电能,但是从整个系统来说,得到的是正利益。按照风机的功率来计算,如果这3台风机全天24H均处于运行的状态,大约一天会消耗近39kW·h的电量。但是如果由于IGBT的温度超差报警,其损失的电量将会远远大于这个值。而且,机组频繁启停,会对机组各设备造成损耗,降低风机的使用寿命。同时,给机组的维护人员带来很大的劳动强度。根据统计,改造方案实施后,平均每年IGBT升温报警的故障大约降低了70%。而且在夏季以及用电高负荷时段,机组仍能可靠安全地运行,给电站带来了明显的经济效益。

6 结语

由于环境问题越来越得到人们的重视,寻找各种清洁能源成为了必然的趋势。风能作为一种可再生资源,而且取之不尽用之不竭,必将会给人们带来很大的经济效益。风机机组的运行虽然存在着由于机组温度升高而影响机组运行的问题,但是通过技术方案改造,提高塔底的通风,促进塔底的温度降低,使得各电气设备能在较低的温度环境下运行,这样就能保证机组能长时间处于稳定可靠的运行状态。针对风电机组的散热问题,只有通过各种技术进行改进和创新,才能促进风电事业的平稳发展,确保新能源事业的顺利开展。