某品牌1.5MW機(jī)組變槳K2繼電器技改優(yōu)化

【摘要】隨著時(shí)間的推演，1.5MW機(jī)組已成為大多風(fēng)電公司的老舊機(jī)組，很多嚴(yán)重問(wèn)題開(kāi)始突顯，又伴隨著平價(jià)上網(wǎng)的臨近，能效監(jiān)督要求越來(lái)越高，必須深度挖掘機(jī)組的最優(yōu)性能，解決機(jī)組問(wèn)題，符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，從而使設(shè)備更穩(wěn)定、健康。某品牌1.5MW機(jī)組變槳近期暴露出一個(gè)致命問(wèn)題，由于K2繼電器的運(yùn)行老化和頻繁動(dòng)作，造成故障頻發(fā)、難處理，甚至造成了人身和設(shè)備的安全隱患。本文將重點(diǎn)從變槳系統(tǒng)帶來(lái)的危害和弊端、技改優(yōu)化的方案及變槳系統(tǒng)改造優(yōu)化后的效果三方面進(jìn)行闡述、分享?！娟P(guān)鍵字】K2電磁剎車?yán)^電器技改優(yōu)化方案效果與收益1.技改優(yōu)化項(xiàng)目背景以某風(fēng)電場(chǎng)33臺(tái)某品牌1.5MW機(jī)組為例，該風(fēng)電場(chǎng)2018年因變槳系統(tǒng)故障損失發(fā)電量140萬(wàn)kWh,故障主要集中在變槳過(guò)壓、K2繼電器失效、旋轉(zhuǎn)編碼器失效，其中因變槳過(guò)壓故障損失電量45.6萬(wàn)kWh。變槳過(guò)壓故障特點(diǎn)：1.1故障處理難度大變槳過(guò)壓故障現(xiàn)象：報(bào)文通常為某子站丟失，一支葉片未順槳，變槳柜內(nèi)24V失電，24V保險(xiǎn)熔斷，24V回路存在多個(gè)短路點(diǎn)，因過(guò)壓導(dǎo)致壓敏電阻擊穿，回路存在多個(gè)短路點(diǎn)，同時(shí)因過(guò)壓導(dǎo)致批量器件損壞，對(duì)處理故障人員技能水平要求高，通常情況下處理該故障人員需反復(fù)登塔三次以上才能完成消缺。1.2備件損壞多2018年某風(fēng)電場(chǎng)因變槳過(guò)壓損壞備件統(tǒng)計(jì)如圖1，單單由于過(guò)壓損壞的備件金額高達(dá)12萬(wàn)元以上。圖1：因過(guò)壓損壞的備件統(tǒng)計(jì)1.3安全隱患高若機(jī)組因壓敏電阻擊穿后，X3-3和X3-4兩個(gè)壓敏電阻擊穿后短路（如圖2），相當(dāng)于將機(jī)組限位開(kāi)關(guān)屏蔽，齒形帶繃斷、張緊輪斷裂（如圖3），葉片自由旋轉(zhuǎn)，處于不可控狀態(tài)。圖2：因過(guò)壓損壞的備件統(tǒng)計(jì)圖3：齒形帶繃斷、張緊輪失效2.原因分析及技改思路2.1原因分析通過(guò)多年的風(fēng)電機(jī)組設(shè)備數(shù)據(jù)臺(tái)賬統(tǒng)計(jì)和典型故障案例的分析，以壓敏電阻擊穿作為切入點(diǎn)，壓敏電阻擊穿說(shuō)明24DC回路至少串入77V以上電壓（如圖4壓敏電阻保護(hù)電壓77V），變槳系統(tǒng)共存在三種電壓等級(jí)（220VAC/60VDC/24VDC)，檢查重點(diǎn)包括兩條回路并列排布的線路絕緣、變槳電機(jī)、AC2等，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何痕跡表明220VAC回路與24VDC回路存在短路。圖4：X3端子排壓敏電阻參數(shù)因超級(jí)電容容量大，直流電壓不能突變，造成壓敏電阻擊穿電壓應(yīng)為交流電壓，同時(shí)NG5、DC/DC模塊存在整流環(huán)節(jié)，有隔離作用，交流電無(wú)法通過(guò)以上設(shè)備串入24VDC回路，經(jīng)過(guò)電氣回路及實(shí)物分析，最終鎖定K2是造成220VAC串入24VDC回路的故障點(diǎn)（如圖5交流觸點(diǎn)緊挨著直流觸點(diǎn)）。圖5：K2繼電器觸點(diǎn)實(shí)物分配圖因此可以初步判定，隨著電網(wǎng)對(duì)AGC平臺(tái)的快速推進(jìn)，對(duì)風(fēng)電機(jī)組的要求更高，又由于三北地區(qū)限電情況不斷加劇，所以對(duì)于風(fēng)電機(jī)組的變槳系統(tǒng)是一次嚴(yán)重考驗(yàn)（AGC指標(biāo)不斷變化，風(fēng)電機(jī)組需頻繁變槳來(lái)跟蹤AGC指標(biāo)，從而暴露出很多變槳問(wèn)題），由于頻繁變槳，K2繼電器不斷動(dòng)作，交流220V電壓觸點(diǎn)必然頻繁開(kāi)斷拉弧，隨著觸點(diǎn)保護(hù)層的電蝕，勢(shì)必將電弧串入24V直流系統(tǒng)內(nèi)，造成壓敏電阻擊穿（如圖6），從而造成短路（正負(fù)極短路或接地短路）。圖6：損壞的壓敏電阻2.2技改思路通過(guò)以上分析，變槳系統(tǒng)24VDC過(guò)壓主因是電氣回路設(shè)計(jì)不合理（早期設(shè)備未考慮到接收電網(wǎng)AGC指令后會(huì)頻繁變槳），K2接觸器同時(shí)控制230VAC及24VDC，造成交流電壓串入直流系統(tǒng)可能，K2接觸器主要作用是控制變槳電機(jī)剎車，變槳采用交流電機(jī)，控制策略是每次槳距調(diào)節(jié)均需要K2動(dòng)作，動(dòng)作十分頻繁，同時(shí)電磁式接觸器隨著工作年限增加，觸點(diǎn)發(fā)生電蝕，存在接觸間隙，放電現(xiàn)象明顯，極容易發(fā)生交直流短路及批量失效問(wèn)題。因此從以下幾方面進(jìn)行技改升級(jí)：將變槳電磁剎車接觸器K2中230VAC觸點(diǎn)拆除，避免230VAC串入24VDC回路，導(dǎo)致批量備件燒毀，將K2電磁式接觸器更換固態(tài)繼電器，固態(tài)繼電器具有壽命長(zhǎng)、可靠性高優(yōu)點(diǎn)，已解決K2批量失效問(wèn)題，升級(jí)改造圖紙如圖7和圖8。圖7：改造前圖紙圖8：改造后圖紙3.現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐3.1作業(yè)安全措施①將作業(yè)風(fēng)機(jī)手動(dòng)停機(jī)并打至維護(hù)狀態(tài)，切斷風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程控制；②可靠鎖定葉輪兩側(cè)機(jī)械鎖；③將三個(gè)變槳柜手自動(dòng)開(kāi)關(guān)S1切換到手動(dòng)狀態(tài)；④將三個(gè)變槳柜的Q1空開(kāi)斷開(kāi)；⑤拉開(kāi)F5保險(xiǎn)座，并取出;⑥用萬(wàn)用表測(cè)量X2的8口無(wú)24V；⑦技改完成后進(jìn)行手動(dòng)測(cè)試，并兩人進(jìn)行配合，若沖限位，及時(shí)斷電。3.2所需工具及耗品表1：所需工具及耗品3.3作業(yè)步驟3.3作業(yè)步驟①進(jìn)入風(fēng)機(jī)后，手動(dòng)停機(jī)，將維護(hù)開(kāi)關(guān)旋至維護(hù)狀態(tài)，掛上“禁止合閘，有人工作”安全標(biāo)識(shí)牌，門口掛“在此工作”標(biāo)識(shí)牌。②進(jìn)入機(jī)艙鎖定葉輪（風(fēng)速超過(guò)12米/秒時(shí)，嚴(yán)禁鎖定葉輪），葉輪鎖定后，人員可進(jìn)入輪轂，嚴(yán)禁葉輪未鎖定情況下進(jìn)入輪轂。先將三個(gè)變槳柜打到手動(dòng)狀態(tài)，然后將三個(gè)變槳柜的Q1打到OFF狀態(tài)，切斷3臺(tái)控制柜電源,最后將滑環(huán)電101F4斷開(kāi)。③打開(kāi)3臺(tái)變槳控制柜柜門，用萬(wàn)用表核實(shí)變槳柜是否帶電，確認(rèn)變槳柜不帶電后進(jìn)行改造。④拆除作業(yè)：1）安全打開(kāi)柜門后，首先移除線槽蓋以便于后續(xù)操作。以下操作均按圖9為主視圖進(jìn)行描述，首先進(jìn)行線纜的拆除，在實(shí)施過(guò)程中必須看清線號(hào)（可通過(guò)相機(jī)留影輔助作業(yè)），杜絕在改造完成后發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤進(jìn)行返工，根據(jù)原理圖進(jìn)行X2-8與X3-1（圖10）的下口進(jìn)行拆除。圖9：變槳柜柜體主視圖圖10：X2-8與X3-1進(jìn)行拆線注意：在拆除導(dǎo)線操作中，由于一代VENSYS變槳無(wú)線套，所以必須先核對(duì)端子排名稱及端子號(hào)；其次，必須將線纜兩側(cè)都拔出后，通過(guò)萬(wàn)用表通斷檔進(jìn)行檢測(cè)，從而保證拔除的是同一根線纜！2）由于線槽內(nèi)線束捆扎成束，無(wú)法將拆除的線纜取出，因此應(yīng)將裸露線鼻子進(jìn)行絕緣防護(hù)，要求纏繞3-5圈，必須將線鼻子完全纏繞緊固，并放置在線槽內(nèi)。⑤安裝作業(yè)：1）根據(jù)主視圖，將固定卡扣取下（部分機(jī)組無(wú)卡扣，可忽略），向右移動(dòng)濾波模塊（綠色LC濾波模塊，部分機(jī)組無(wú)此模塊，可忽略），從而預(yù)留出固態(tài)繼電器位置，使固態(tài)繼電器安裝于保險(xiǎn)組件左側(cè)，如圖11；將卡件、A10、藍(lán)色繼電器組右移，預(yù)留出K3.1繼電器位置，安裝與保險(xiǎn)組件右側(cè)，如圖11。圖11：固態(tài)繼電器和K3.1繼電器安裝位置2）根據(jù)改造后原理圖進(jìn)行接線，按照工藝要求，注意電纜的彎折情況，保證端子排安裝到位。按照改造后原理圖，控制線從X2-8下口拆除端為首端，依從接線至固態(tài)繼電器Crydom的+1入，2出，再到K3.1的11觸點(diǎn)入，14觸點(diǎn)出2根，一根到X3-1的下口（拆除端），另一根到X11-5的端子（中間通過(guò)快插進(jìn)行隔離，便于機(jī)組撞限位后，維護(hù)人員能高效處理）；對(duì)于固態(tài)繼電器和K3.1的電源線分別取自K2和K3的A1、A2電源線，固態(tài)繼電器的+3接于K2繼電器的A1，固態(tài)繼電器的4接于K2繼電器的A2，K3.1繼電器的A1接于K2繼電器的A1，K3.1繼電器的A2接于K2繼電器的A2。3）線纜安裝完成后，使用萬(wàn)用表測(cè)量每根新增的線纜確保接線正確，填寫檢查表（見(jiàn)附錄表2）。然后對(duì)柜內(nèi)進(jìn)行恢復(fù)。隨后檢查柜內(nèi)有無(wú)工作殘留物，蓋上線槽蓋，恢復(fù)到正常狀態(tài)，依次對(duì)另外兩只槳葉進(jìn)行改造。表2：改造完成后線纜接線檢查表⑥上電檢測(cè)：1）滑環(huán)上電，且三柜都處于手動(dòng)模式，逐一柜體上電；2）上電后葉片應(yīng)該停在87度接近開(kāi)關(guān)位置，對(duì)改造后的柜體進(jìn)行手動(dòng)點(diǎn)動(dòng)向后（90度方向）變槳，此時(shí)槳葉應(yīng)能動(dòng)作，聽(tīng)電機(jī)是否有開(kāi)合閘動(dòng)作，同時(shí)測(cè)試向前（0度方向）變槳，觀察是否正常；3）手動(dòng)向后變槳直至觸發(fā)92度限位開(kāi)關(guān)，觸發(fā)92度限位開(kāi)關(guān)后，手動(dòng)向前向后均失效，且無(wú)開(kāi)合閘動(dòng)作；4）用快插和短接片切換至強(qiáng)制手動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)向前向后均可動(dòng)作。在強(qiáng)制手動(dòng)狀態(tài)下，將槳葉向前變槳至70度左右，開(kāi)合閘動(dòng)作正確；5）取消強(qiáng)制手動(dòng)狀態(tài)；6）確定人員處于安全位置時(shí)，將柜體切換至自動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)槳葉應(yīng)能自行運(yùn)轉(zhuǎn)到87度位置，開(kāi)合閘動(dòng)作正確；7）若改造多個(gè)柜體，測(cè)試其他柜體時(shí)，測(cè)試完畢的柜體應(yīng)仍然切換至手動(dòng)狀態(tài)，且切斷電源；8）測(cè)試無(wú)誤后，對(duì)柜體進(jìn)行恢復(fù)，上電，切換為自動(dòng)模式，并帶走工具以及輪轂內(nèi)工作殘留物。4.結(jié)束語(yǔ)截止2019年12月，該技改已在7臺(tái)機(jī)組上實(shí)施（其中5臺(tái)曾發(fā)生24V過(guò)壓故障），按照故障規(guī)律發(fā)生24V過(guò)壓機(jī)組，如果不做技改會(huì)發(fā)生二次過(guò)壓，目前該7臺(tái)機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，未發(fā)生過(guò)壓及K2、旋轉(zhuǎn)編碼器失效情況。按照2018年統(tǒng)計(jì)某風(fēng)電場(chǎng)一期項(xiàng)目33臺(tái)1.5MW機(jī)組為例，變槳系統(tǒng)故障損失電量為140萬(wàn)kWh，因變槳過(guò)壓、K2失效、旋轉(zhuǎn)編碼器失效