风电变流器预防性维护检测技术运用研究

风电变流器预防性维护检测技术运用研究

刘冬

湖南万鸿沟机电工程有限公司

摘要：分析空电变换器的检测和预防性维护技术，以利于当前空电机组的整体维护升级。近年来，许多业主已开始独立维修大部分风力发电机组，但在定期维修风力发电机期间，需要每年定期更换清洁过滤器，并定期进行设备除尘工作，包括这就需要提高维修人员的专业水平和问责制，因为目前还没有成熟的工作站来深入维修风力发电机。

关键词：风电变流器；预防性维护；检测技术

引言

随着风电开发规模越来越大，风机变流器拓扑结构越来越复杂，在风电机组设备中故障率最高，提升小波算法具有快速变换与多分辨率的优点。故障识别的方法有很多，其中，ＲＦ可以将多个弱分类器组合起来，具有鲁棒性与稳定性。变流器的故障多为开关器件故障，针对风机变流器晶体管开路故障的问题，此处提出了一种基于ＬＷＰ与改进ＲＦ的风机变流器故障诊断方法，在Ｓｉｒｒｍｌｉｎｋ平台搭建永磁直驱风电系统获得故障电流信号，开展变流器开路故障诊断实验。

1劣化因素分析

对风电场组运行过程中干扰统计的分析表明，影响风电场的主要因素可分为以下几个方面:(1)导致风电场失效或变频器过流的电气因素导致其内部导体和绝缘材料部分过热；对于过载隔离开关和接触器，头被弧火花氧化，接头被拆除。绝缘强度因过电压、雷电过电压而降低；绝缘材料局部放电造成的点损伤导致绝缘整体恶化。2)接触头磨损、弹簧疲劳和线圈老化，由高频、二次隔离开关和高压峰值射击场长期供电；螺钉松动，由于变频器本身或外部机械电压而无法接触，甚至可能磨损。风电场运行时间较长时频繁振动、冲击等引起的疲劳。3)过载、短路、高频电流引起直流母线电容器的拉伸、收缩、变形、松弛和松弛，导致关节松动、弹性失效、密封等；绝缘材料的温度升高导致隔热性能降低、氧化等；由于过载、内部短路和电气开关操作而部分变形或腐蚀的材料。4)风阻环境因素位于相对恶劣的环境中，高温、盐度、污垢和紫外线辐射无法预测，可能导致室内化合物接触不良，设备接头氧化，绝缘材料老化，老鼠咬、白蚁等小动物。

2基于电压传感器的故障诊断方法

因故障子模块最明显的特征是电容电压快速上升，因此利用电压传感器可以直接对故障电压信号进行采样并进行故障诊断与定位。此类方案通过故障子模块造成的相关异常电压信号如：子模块输出电压异常信号、子模块电容电压异常信号、子模块组输出电压异常信号、桥臂输出电压异常信号等对故障IGBT进行诊断与定位。由上述故障判定依据可以看出，该类方法可以直接利用故障电压信号进行诊断，并且避免了采样信号转换处理而导致的计算量提升的问题。将桥臂中的子模块进行分组，并在子模块组和桥臂中额外配置了电压传感器。通过子模块组输出电压测量值与电压估算值进行故障诊断，并结合状态机实现了对故障IGBT的定位。该方法不仅能够定位故障IGBT，而且实现了对监控传感器故障、子模块电压传感器故障、子模块短路故障的识别。但是，该方法使用额外的监控传感器不仅增加了硬件检测系统的复杂程度和硬件体积，而且导致MMC系统成本升高。此外，在桥臂子模块较多的情况下用于检测桥臂电压的霍尔效应传感器的额定电压会非常高，因此，此类传感器的制造技术要求较高且价格昂贵且在工业应用当中实现比较困难。为了避免额外电压传感器的使用，提出了基于子模块电压分组检测的IGBT故障诊断与定位方法。该方法在子模块电压分组控制的基础上，将各子模块组电压传感器测量值u(k)与子模块组输出电压预测值u*(k)做差后与子模块电容电压采样值比较，对故障IGBT进行初步诊断；然后，利用标记子模块周期投入技术标记和定位故障子模块。该方法利用子模块分组控制算法中的子模块组输出电压值，避免使用额外的电压传感器。

3预防性维护监测技术

对风力发电机运行中的问题进行综合分析，主要可分为温度条件和电磁干扰。温度条件超出时，可能会出现热问题，例如内部设备、电源线和电气连接。持续发热可能导致绝缘材料，最终导致火灾事故。静电损坏是指密封材料损坏，可能导致绝缘材料受潮或损坏，导致放电或晕映，最终可能导致安全问题，例如。通过排斥在外。上述故障不适合使用传统的电磁检测、红外探测和超声波检测方法来检测设备在工作状态下出现的故障，有效分析故障类型和原因，从而进一步确保整体运行状态的可靠性和安全性。在超通风的情况下，员工可以使用红外传感器测量风电场，该风电场实际上主要与红外传感器和热像相机等设备配合使用，这些设备具有智能诊断功能，在实际工作中使用红外传感器和光学反射器接收测量目标的辐射能量，并在设备的感光组件中对于静电放电，主动风电场必须用超声波传感器测量，该传感器通常使用外部超声波传感器，主要通过外部差分法用于将静电放电的高频传输到电气信号。然后将内部处理转化为音频信号，用高频接收机接收超声信号，分析声强，及时准确地检测发射情况。超声波保护平台的运行主要通过外部交流电源230V保证，并提供两条线路输出，方便维修工作。维护平台主要包括静水和超声波条件以及电气工程组件测试系统。

4基于逻辑信号处理电路的故障诊断方法

基于逻辑信号处理的故障诊断方法通过采样电路和比较器单元输出逻辑电平，该电平通常结合子模块驱动信号进行最终的逻辑判断并定位故障IGBT。该方法具有诊断迅速的优点，诊断时间通常在10µs至10ms之间。但是，基于逻辑信号处理的故障诊断方法通常需要对每个子模块配置结构相同的硬件电路对故障IGBT进行定位。因此，相比于基于电压传感器的故障诊断方法，该类方法需要添加大量的电子器件如：采样电阻、比较器、光耦隔离芯片、整流二极管等进行故障信号提取；因此，额外添加的器件增加了系统成本和硬件复杂度，同时增加了潜在的故障点。

5风电变流器预防性维护检测方案

5.1熔断器

多个链，风力发电机、直流回路和放电回路的预应力回路应配有保险丝，其主要用途是防止在过电压、过电压或过热时快速保险丝故障。如果保险丝使用寿命过长，则由于熔解特性的变化而导致故障，例如盐渍水形成、污染或温度变化；如果环境受到影响，电压偏差的致死或致死原因，导致温度升高，从而在保护装置和混合表面的增加回路感应事件中增加，在机柜和PE母线接地温度值增加事件中可能增加。

5.2电阻器

为了防止直流母线负荷能力在电动机支座闭合时短暂短路，通常会设置直流母线负荷的上游电阻值。为了确保电压降内的不间断运行和联网，通常将众源阻抗电路配置为使用众源阻抗来平衡性能和保护群。当电阻电机发生不可靠的接触，或者电阻或断电的值由于松动或甚至松动的导轨或断裂而改变时，您可以使用红外接口技术来确定其是否为正常行为。

结束语

风电场的运行条件和运行条件复杂，因此在运行过程中出现威胁整个运行安全的问题。因此，需要采用风电场预防性维护技术，整合红外和超声波检测技术，及时发现风电场存在的问题。

参考文献

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