浅谈风力发电机组变桨逆变器故障原因和处理

●陈飞

风力发电机组变桨系统是叶片正常收桨的重要保护之一，尤其是出现风机瞬时故障时，风机变桨系统能快速将风机桨叶收回，从而保护风机安全停运。但风机变桨系统由于变桨逆变器或变桨电机故障等原因，均会造成风机叶片收桨不成功，从而影响风机安全稳定运行。本文针对广西钦州市灵山县怀山风电场2.5 兆瓦直驱风力发电机组变桨逆变器OK 信号丢失故障原因进行分析，同时对风力发电机组变桨逆变器及变桨电机故障处理提出相应解决方案，全面提高风电场安全稳定运行。

一、故障情况

国家电投集团广西灵山大怀山新能源有限公司已建设的怀山风电场，位于广西钦州市灵山县新圩镇、佛子镇一带山脊，距离灵山县约25 千米，距离钦州市约134 千米，总装机容量200 兆瓦，共安装93 台新疆金风科技公司生产的永磁直驱型风力发电机组。2021 年8 月10日，怀山风电场99 号风机（单机容量2.5 兆瓦）报2 号变桨逆变器OK 信号丢失故障，导致风机故障，参照金风科技2.5 兆瓦机组变桨系统故障解释手册《GW-12FA0241 归档版》，故障代码为173。对照查看故障文件发现99 号风机2 号变桨系统延迟收桨，风机变桨逆变器OK 信号异常。现场实地查看99 号风机桨叶处于安全位置，但2 号变桨系统不能执行手动变桨操作，变桨逆变器OK 信号反馈处于有规律的异常状态（重复高电频闪烁9 次），处于不正常状态。

二、现场检查与测试

（一）按照永磁直驱型风机发电机组叶片变桨（变频）电气逻辑原理，首先对变桨系统控制原理进行分析，怀山风电场2.5兆瓦机组叶片变桨控制柜主电路采用交流—直流—交流回路，通过变桨逆变器（AC-2）作为风机叶片变桨电机供电，变桨电机为交流异步电机。其次检查风机PLC 变桨控制系统，通过现场总线（profibus-DP 总线）和主控制系统交互的通信，接受主控制系统指令，主要为桨叶转动的速度指令，并通过控制交流调速装置驱动交流电动机，带动桨叶按照控制系统设定的要求和方向进行角度转动，同时监测变桨系统的内部信号（AC-2 OK 信号，变桨方向/速度信号），将指令直接传递至主控制系统，变桨逆变器（AC-2）同时具备控制变桨电机电磁刹车和冷却风扇启停功能，并实时监控变桨电机绕组对地绝缘状态。

（二）按照金风科技兆瓦机组电缆连接作业指导书《GW-00FW0050 归档版》，再次通过排查99 号风机主控制系统数据，结合故障解释定义进行逻辑性分析，可得出以下结论：

1.变桨逆变器（AC-2）本体损坏，从而导致风机主控制系统不能正常接收变桨逆变器OK信号。

2.变桨电机接地故障，从而导致变桨逆变器OK 信号丢失。

3.变桨逆变器（AC-2）、变桨电机、变桨旋转编码器、变桨充电模块等电气元器件之间接线松动，均可导致变桨逆变器OK 信号丢失故障。

最终结合新疆金风科技公司2.5 兆瓦变桨柜Ⅰ型电气原理图，通过99 号风机主控系统故障文件中变桨相关变量进行深入分析，初步判断变桨逆变器损坏，导致变桨逆变器OK 信号丢失故障。

（三）主控制系统故障代码173 解释为单相电压低，驱动器检查电机的三相电压对地短接（一相或三相），此时应检查风机变桨超级电容及充电器至变桨逆变器（AC-2）的并联输入端是否虚接或短路情况。由于此次故障为99 号风机2 号变桨的变桨逆变器心跳信号丢失，故障文件中变桨逆变器OK 信号在故障0 时刻前出现异常，0 时刻后有规律的异常状态，重复高电频闪烁7 次，间歇闪烁9 次后不断重复，解析为单项电压低（驱动器检测变桨电机三相电压对地短接），电容（内部）充电超时，一相电压达到电容上限值，变桨逆变器（AC-2）安全端口断开。

（四）根据现场检测及故障分析，重点排查99 号风机变桨逆变器（AC-2）、变桨电机、变桨旋转编码器、变桨充电模块等电气元器件之间是否接线松动或虚接或短路。

第一步：通过倒换99 号风机1 号变桨模块至2 号变桨模块进行测试，分析故障是否转移来判断模块是否损坏。如有，可判断为变桨模块损坏，及时进行模块更换，处理故障过程中，变桨模块备件已运至现场。

第二步：排查99 号风机变桨电机绕组引出线对地电阻是否异常，通过接线端导通进行判断变桨电机是否处于正常状态。如有，及时更换变桨电机，处理故障过程中，变桨电机备件需运至现场。

第三步：检测99 号风机变桨逆变器（AC-2）、变桨电机、变桨旋转编码器、变桨充电模块等电气元器件之间是否接线松动或虚接或短路，以及其他原因导致变桨信号传递不畅等现象，如有，进行接线紧固。

第四步：检查99 号风机变桨逆变器（AC-2）信号输入输出情况，若有信号输入，无信号输出，应立即更换变桨逆变器（AC-2），处理故障过程中，变桨逆变器（AC-2）备件需运至现场。

三、原因分析及处理

（一）现场将99 号风机2 号变桨柜内模块与正常运行的1 号变桨柜进行相应倒换，1 号变桨系统仍可以正常运行，2 号变桨系统故障无变化，故障未消失，可排除模块失效导致99 号风机变桨逆变器OK 信号丢失故障。

（二）使用万用表阻值档位测量99 号风机变桨电机绕组对地电阻为10 兆欧，绕组对地不导通，可判断电机无异常。

（三）检测99 号风机变桨逆变器（AC-2）、变桨电机、变桨旋转编码器、变桨充电模块等电气元器件之间连接状态，变桨逆变器输入端口交流230 伏，输出端口直流24 伏正常，排除元器件之间接线松动或虚接或短路等问题，同时进行接线重新紧固。

（四）按照金风科技2.5 兆瓦风力发电机组现场电气安装手册《GW-12FW0027 归档版》，通过手动变桨方式，检查变桨模块发出命令（直流24 伏），可正常传递至变桨逆变器输出端口，通过检测变桨逆变器在直流输入端电压正常（直流100 伏）的状态下，接收到命令后未输出（交流49 伏）至变桨电机，从而可判断变桨逆变器损坏。

（五）将99 号风机变桨系统修改成强制手动状态，通过强制变桨的方式，消耗超级电容储存的电能后，进行更换变桨逆变器（AC-2），但故障未消除。

（六）通过分析99 号风机故障文件中故障信号闪烁7 次，变桨电机存在异常但现场未排查出来的可能，于是将2 号变桨柜内变桨逆变器与变桨电机接线全部转移至1 号变桨电机后，2号变桨系统恢复正常，最终判断变桨电机故障。

（七）由于更换变桨电机需将叶片角度通过手拉葫芦的方式，强制将叶片转到90°位置，安装叶片锁定挡块，避免电机拆卸后叶片自动转动造成人员设备损伤。电机更换后需要重新对叶片角度进行调整，过程中至少需要两人进行配合，一人变桨一人观察防止叶片朝相反方向转动，同时避免风机变桨齿形带撕裂。

四、结语

此次99 号风机变桨逆变器OK 信号丢失故障处理事件，最终检测故障报出是由于风机变桨电机损坏导致，现场针对拆下的变桨电机进行绕组电阻大小及对地导通状态测量时，绕组对地电阻为44.6 欧，绕组对地处于导通状态。最初检测风机变桨电机绕组电阻大小及对地测量绕组导通时，由于未拆下变桨电机本体与变桨逆变器（AC-2）电缆连接线，导致检测结果失真，整体影响了对故障点的判断，耽误了故障处理时间，最终重新更换变桨电机后，机组恢复运行状态。

通过此次变桨逆变器故障及处理，提醒相关单位和部门，应结合现场风机检修及巡视检查工作，加强风机安全隐患排查治理和风险分级管控，重点开展风机变桨系统监测，保证风机在紧急情况下能够正常收桨，避免发生“黑天鹅”事件，全面提高风电场安全稳定运行。