2024年2月21日发(作者：碧鸿德)
第３４卷第３期 ２０１２年３月 华宅擞术 Ｈｕａｄｉａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏ１．３４ Ｎｏ．３ Ｍａｒ．２０１２ 风力发电机变流器水冷系统故障原因分析及优化 冷明全，张彬 （广州高澜节能技术股份有限公司，广东广州５１０６６３） 摘要：针对反馈频率较高、影响较大的１．５ ＭＷ系列风力发电机组水冷系统存在的电加热器烧坏、系统压力报警、气囊 破裂及电控逻辑异常等故障进行了分析，根据分析结果提出了更新水冷系统说明书交付资料、优化设备组件及完善主控 系统电控程序等建议，为水冷系统的设计优化和日常维护提供参考。 关键词：风力发电机；变流器；水冷系统；故障分析；优化建议；电控逻辑 中图分类号：ＴＭ ３１５ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７４—１９５１（２０１２）０３—００７８—０４ ０ 引言 由于发电机组变流器中的大功率电器元件在工 作时会产生大量热量，需要及时对其进行热交换冷 时，气泵自动进行补气增压来补偿压力的损失；当压 力较高时 由电磁阀排放由于温度变化而产生的多 余气体 。 却，以保证设备的可靠性。因此，散热能力决定发电 能力，配套稳定、可靠及安全的冷却系统，是该装置 稳定运行的基础。 ２故障分析 反馈频率较高、影响较大的水冷系统故障有电 加热器烧坏、系统压力报警、气囊破裂及电控逻辑 异常。 ２．１ 电加热器烧坏分析 本文对１．５ ＭＷ系列风力发电机组水冷系统反 馈频率较高、影响较大的若干故障进行分析并提出 设备优化建议，以保证水冷系统运行于良好状态，保 障发电机组的安全、稳定运行。 为防止电加热器在加热罐体内无水或水不流动 的情况下启动而干烧损坏，在电加热器罐上设有软 管连至膨胀罐，顶端安装有自动排气阀，在水泵运行 过程中，加热器不会烧坏。为判断电加热器在缺水 １水冷系统工作原理 恒定压力和流速的冷却介质源源不断地流经变 严重或水泵停运时是否继续运行，需将电加热器启 动与主泵运行状态及压力关联，压力低及水泵停运 时，电加热器停止运行，主泵运行及不报出阀压力低 时电加热器才投运。 流器带走热量，温升介质由高压循环泵的进口经室 外空气散热器与冷空气进行热交换，空气散热器将 冷却介质带出的热量交换出去，散热后冷却介质再 循环进入变流器。在水冷系统柜内管路和柜外管路 之间设置电动三通阀，主控系统根据当前冷却水温 ２．２系统压力报警、气囊破裂分析 ２．２．１稳压单元介绍 度值自动控制电动三通阀阀位，从而调节循环冷却 水进入空气散热器进行换热的流量，实现精确调节 １．５ ＭＷ系列风力发电机组水冷系统稳压单元 由膨胀罐、气泵及电磁阀等组成，采用气囊式膨胀 罐。膨胀罐也叫气压罐、压力罐、缓冲罐等，膨胀罐 的结构可分为隔膜式和气囊式２种，如图１、图２ 所示。 温度的功能，通过电加热器对冷却水温度进行强制 补偿 。Ｊ。 在主循环泵入口加有压缩空气稳压单元，该稳 压单元由膨胀罐、气泵及电磁阀等组成，可以保持系 统恒压并能吸收系统中冷却介质的体积变化，从而 保证整个系统的正常运行。膨胀罐的底部充有稳定 压力的压缩空气，当系统压力损失时，压缩空气自动 扩张，把冷却水压入循环管路系统，以保持管路的压 力恒定和冷却水充满。当系统压力小于设定压力 收稿日期：２０１１—１０—１７ 基金项目：国家火炬计划项目（２０１０ＧＨ０４１５７３） 图１ 隔膜式膨胀罐及其隔膜
第３期 冷明全，等：风力发电机变流器水冷系统故障原因分析及优化 ・８１． 加热器烧坏、气囊破裂等），是由水冷系统冷却液不 足或过多及电控保护功能不完善引起的。通过现场 交流，发现风电场的维护人员对水冷系统认识不足， 不能规范、有效地对水冷系统进行操作和日常维护。 时，才允许投运电加热器。 ５）电控平台操作页面。建议在电控平台的水 冷系统调试维护操作页面增加空气压缩泵、排气电 磁阀的手动操作按键，方便调试、维护及手动操作。 参考文献： ［１］元伟伟，蒋彦龙．风力发电冷却技术［Ｊ］．世界科技研究 与发展，２００７（２）：８０—８５． 因此，更新设备使用手册、加强对维护人员的培训、 通过技术改造优化水冷系统电控程序功能、更换存 在安全隐患的设备组件，是降低水冷系统故障率、保 障水冷系统稳定运行的必要措施。 （１）修改更新《水冷系统设备说明书》，并对维 护人员进行水冷系统知识培训，指导维护人员规范 进行水冷设备的操作与维护，保障水冷系统的正常、 稳定运行 。 ［２］张希艮风能开发利用［Ｍ］．北京：化学工业出版社， ２００５：２４—２６． ［３］王承煦，张源．风力发电［Ｍ］．北京：中国电力出版社， ２００２． （２）加强操作人员的培训及日常巡检，建议通 过技术改造优化设备组件，消除安全隐患，如采用带 防护垫膨胀罐的进水法兰部件、对膨胀罐气路接头 ［４］尹炼，刘文洲．风力发电［Ｍ］．北京：中国电力出版社， ２００２． ［５］倪受元．风力发电讲座第一讲：风力机的类型与结构 ［Ｊ］．太阳能，２０００，２１（２）：６—１０． ［６］倪受元．风力发电讲座第二讲：风力机的工作原理和气 组件螺母边角进行倒圆角处理等。 （３）电控程序优化建议 Ｊ。 １）空气压缩泵控制逻辑。为避免出阀压力偏 动力特性［Ｊ］．太阳能，２０００，２１（３）：１２—１６． ［７］李俊峰．风力１２在中国［Ｍ］．北京：化学工业出版社， ２００５：９３． 低，建议将控制逻辑更改为：开，出阀压力降至８Ｏ ｋＰａ；关，出阀压力升至１００ ｋＰａ。 ２）进阀压力低、超低告警。建议更改为：进阀 压力低告警，进阀压力＜１２０ ｋＰａ；进阀压力超低告 警，进阀压力＜９０ ｋＰａ。 ［８］蒋彦龙，元伟伟，张秋，等．兆瓦级风力发电机水冷系统 的优化设计［Ｊ］．南京航空航天大学学报，２００８，４０（２）： １９９—２０４． ［９］吴书泉，邵建强．负载换流式变频器水冷系统及其故障 处理［Ｊ］．华电技术，２００８，３０（９）：２１—２３． ３）出水阀压力超低告警。建议更改为：出阀 压力超低告警，出阀压力＜１０ｋＰａ；复位值，２０ｋＰａ。 （编辑：刘芳） 作者简介： ４）电加热器保护。建议增加出阀压力低告警 （出阀压力＜２０ ｋＰａ），出阀压力低告警时停止电加 热器，防止电加热器干烧；电加热器启动须与主泵及 压力关联，水泵停运或出阀压力低时，电加热器应停 止运行。只有主泵运行及出阀压力不低于设定值 ＜＞●０‘＜＞●＜＞●ｏ●＜＞●＜＞●＜＞●０‘＜＞●０●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●◇●＜＞●◇●＜＞●０●＜＞●ｏ冷明全（１９７１一），男，四川Ｉ安岳人，院长，高级工程师， 从事电力电子冷却与控制技术研究方面的工作（Ｅ—ｍａｉｌ： ｌｅｎｇｍｑ＠ｇｏａ１．ｃｏｒｎ．ｃｎ）。 ●（）－０Ｏ０●ｏ●０●０●◇●◇●０●ｏ●◇●（）●０●０’◇●◇‘＜＞●◇●０●０●ｏ● ●＜＞●＜＞●ｏ（上接第２６页）范围很窄，而且未找到既能对该规 ６７５—６８２． 格吹灰器受热面起到很好的吹灰作用，又不吹损金 属管道的最佳蒸汽参数。 参考文献： ［１］Ｑ／ｌＯｌ一１０４．６—２ｏ０５，３３５ＭＷ机组锅炉检修规程［Ｓ］． ［２］Ｑ／１０１—１０４．（）７—２００３，６００ＭＷ机组锅炉检修规程【Ｓ］． ［７］吴晓洲．吹灰器控制系统改造［Ｊ］．华电技术，２００９，３１ （１）：５０—５２． ［８］包平浪．火力发电厂６００ ＭＷ机组干除灰系统设计方案 优化［Ｊ］．华电技术，２００９，３１（１０）：２４—２６． ［９］刘小川．６００ ＭＷ亚临界机组除灰系统故障处理与优化 ［Ｊ］．华电技术，２００９，３１（４）：５３—５６． （编辑：刘芳） 作者简介： 刘张鹏（１９８２一），男，山东菏泽人，工学硕士，工程师， 从事锅炉检修方面的工作。 甄宏伟（１９６８一），男，山东邹城人，锅炉检修队主任，从 事锅炉检修方面的工作。 李相超（１９６９一），男，山东金乡人，从事锅炉检修方面 的工作。 ［３］Ｑ／ｌＯｌ一１４．２１０—２０ｏ６，１ｏｏｏＭＷ机组锅炉检修规程［Ｓ］． ［４］赵玉新．ＦＬＵＥＮＴ中文全教程［Ｍ］．长沙：国防科技大学 出版社，２００３． ［５］周谟仁．流体力学：泵与风机［Ｍ］．北京：中国建筑工业 出版，１９７９． ［６］Ａ．Ｊｏｈａｎｓｓｏｎ，Ａ．Ｍｅｄｖｅｄｅｖ．Ｍｏｄｅｌ—ｂａｓｅｄ Ｌｅａｋａｇｅ Ｄｅ— ｔｅｃｔｉｏｎ ｉｎ ａ Ｐｕｌｖｅｒｉｚｅｄ Ｃｏａｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｖｅｓｓｅｌ『Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９９，７（１ １）：
2024年2月21日发(作者：碧鸿德)
第３４卷第３期 ２０１２年３月 华宅擞术 Ｈｕａｄｉａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏ１．３４ Ｎｏ．３ Ｍａｒ．２０１２ 风力发电机变流器水冷系统故障原因分析及优化 冷明全，张彬 （广州高澜节能技术股份有限公司，广东广州５１０６６３） 摘要：针对反馈频率较高、影响较大的１．５ ＭＷ系列风力发电机组水冷系统存在的电加热器烧坏、系统压力报警、气囊 破裂及电控逻辑异常等故障进行了分析，根据分析结果提出了更新水冷系统说明书交付资料、优化设备组件及完善主控 系统电控程序等建议，为水冷系统的设计优化和日常维护提供参考。 关键词：风力发电机；变流器；水冷系统；故障分析；优化建议；电控逻辑 中图分类号：ＴＭ ３１５ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７４—１９５１（２０１２）０３—００７８—０４ ０ 引言 由于发电机组变流器中的大功率电器元件在工 作时会产生大量热量，需要及时对其进行热交换冷 时，气泵自动进行补气增压来补偿压力的损失；当压 力较高时 由电磁阀排放由于温度变化而产生的多 余气体 。 却，以保证设备的可靠性。因此，散热能力决定发电 能力，配套稳定、可靠及安全的冷却系统，是该装置 稳定运行的基础。 ２故障分析 反馈频率较高、影响较大的水冷系统故障有电 加热器烧坏、系统压力报警、气囊破裂及电控逻辑 异常。 ２．１ 电加热器烧坏分析 本文对１．５ ＭＷ系列风力发电机组水冷系统反 馈频率较高、影响较大的若干故障进行分析并提出 设备优化建议，以保证水冷系统运行于良好状态，保 障发电机组的安全、稳定运行。 为防止电加热器在加热罐体内无水或水不流动 的情况下启动而干烧损坏，在电加热器罐上设有软 管连至膨胀罐，顶端安装有自动排气阀，在水泵运行 过程中，加热器不会烧坏。为判断电加热器在缺水 １水冷系统工作原理 恒定压力和流速的冷却介质源源不断地流经变 严重或水泵停运时是否继续运行，需将电加热器启 动与主泵运行状态及压力关联，压力低及水泵停运 时，电加热器停止运行，主泵运行及不报出阀压力低 时电加热器才投运。 流器带走热量，温升介质由高压循环泵的进口经室 外空气散热器与冷空气进行热交换，空气散热器将 冷却介质带出的热量交换出去，散热后冷却介质再 循环进入变流器。在水冷系统柜内管路和柜外管路 之间设置电动三通阀，主控系统根据当前冷却水温 ２．２系统压力报警、气囊破裂分析 ２．２．１稳压单元介绍 度值自动控制电动三通阀阀位，从而调节循环冷却 水进入空气散热器进行换热的流量，实现精确调节 １．５ ＭＷ系列风力发电机组水冷系统稳压单元 由膨胀罐、气泵及电磁阀等组成，采用气囊式膨胀 罐。膨胀罐也叫气压罐、压力罐、缓冲罐等，膨胀罐 的结构可分为隔膜式和气囊式２种，如图１、图２ 所示。 温度的功能，通过电加热器对冷却水温度进行强制 补偿 。Ｊ。 在主循环泵入口加有压缩空气稳压单元，该稳 压单元由膨胀罐、气泵及电磁阀等组成，可以保持系 统恒压并能吸收系统中冷却介质的体积变化，从而 保证整个系统的正常运行。膨胀罐的底部充有稳定 压力的压缩空气，当系统压力损失时，压缩空气自动 扩张，把冷却水压入循环管路系统，以保持管路的压 力恒定和冷却水充满。当系统压力小于设定压力 收稿日期：２０１１—１０—１７ 基金项目：国家火炬计划项目（２０１０ＧＨ０４１５７３） 图１ 隔膜式膨胀罐及其隔膜
第３期 冷明全，等：风力发电机变流器水冷系统故障原因分析及优化 ・８１． 加热器烧坏、气囊破裂等），是由水冷系统冷却液不 足或过多及电控保护功能不完善引起的。通过现场 交流，发现风电场的维护人员对水冷系统认识不足， 不能规范、有效地对水冷系统进行操作和日常维护。 时，才允许投运电加热器。 ５）电控平台操作页面。建议在电控平台的水 冷系统调试维护操作页面增加空气压缩泵、排气电 磁阀的手动操作按键，方便调试、维护及手动操作。 参考文献： ［１］元伟伟，蒋彦龙．风力发电冷却技术［Ｊ］．世界科技研究 与发展，２００７（２）：８０—８５． 因此，更新设备使用手册、加强对维护人员的培训、 通过技术改造优化水冷系统电控程序功能、更换存 在安全隐患的设备组件，是降低水冷系统故障率、保 障水冷系统稳定运行的必要措施。 （１）修改更新《水冷系统设备说明书》，并对维 护人员进行水冷系统知识培训，指导维护人员规范 进行水冷设备的操作与维护，保障水冷系统的正常、 稳定运行 。 ［２］张希艮风能开发利用［Ｍ］．北京：化学工业出版社， ２００５：２４—２６． ［３］王承煦，张源．风力发电［Ｍ］．北京：中国电力出版社， ２００２． （２）加强操作人员的培训及日常巡检，建议通 过技术改造优化设备组件，消除安全隐患，如采用带 防护垫膨胀罐的进水法兰部件、对膨胀罐气路接头 ［４］尹炼，刘文洲．风力发电［Ｍ］．北京：中国电力出版社， ２００２． ［５］倪受元．风力发电讲座第一讲：风力机的类型与结构 ［Ｊ］．太阳能，２０００，２１（２）：６—１０． ［６］倪受元．风力发电讲座第二讲：风力机的工作原理和气 组件螺母边角进行倒圆角处理等。 （３）电控程序优化建议 Ｊ。 １）空气压缩泵控制逻辑。为避免出阀压力偏 动力特性［Ｊ］．太阳能，２０００，２１（３）：１２—１６． ［７］李俊峰．风力１２在中国［Ｍ］．北京：化学工业出版社， ２００５：９３． 低，建议将控制逻辑更改为：开，出阀压力降至８Ｏ ｋＰａ；关，出阀压力升至１００ ｋＰａ。 ２）进阀压力低、超低告警。建议更改为：进阀 压力低告警，进阀压力＜１２０ ｋＰａ；进阀压力超低告 警，进阀压力＜９０ ｋＰａ。 ［８］蒋彦龙，元伟伟，张秋，等．兆瓦级风力发电机水冷系统 的优化设计［Ｊ］．南京航空航天大学学报，２００８，４０（２）： １９９—２０４． ［９］吴书泉，邵建强．负载换流式变频器水冷系统及其故障 处理［Ｊ］．华电技术，２００８，３０（９）：２１—２３． ３）出水阀压力超低告警。建议更改为：出阀 压力超低告警，出阀压力＜１０ｋＰａ；复位值，２０ｋＰａ。 （编辑：刘芳） 作者简介： ４）电加热器保护。建议增加出阀压力低告警 （出阀压力＜２０ ｋＰａ），出阀压力低告警时停止电加 热器，防止电加热器干烧；电加热器启动须与主泵及 压力关联，水泵停运或出阀压力低时，电加热器应停 止运行。只有主泵运行及出阀压力不低于设定值 ＜＞●０‘＜＞●＜＞●ｏ●＜＞●＜＞●＜＞●０‘＜＞●０●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●◇●＜＞●◇●＜＞●０●＜＞●ｏ冷明全（１９７１一），男，四川Ｉ安岳人，院长，高级工程师， 从事电力电子冷却与控制技术研究方面的工作（Ｅ—ｍａｉｌ： ｌｅｎｇｍｑ＠ｇｏａ１．ｃｏｒｎ．ｃｎ）。 ●（）－０Ｏ０●ｏ●０●０●◇●◇●０●ｏ●◇●（）●０●０’◇●◇‘＜＞●◇●０●０●ｏ● ●＜＞●＜＞●ｏ（上接第２６页）范围很窄，而且未找到既能对该规 ６７５—６８２． 格吹灰器受热面起到很好的吹灰作用，又不吹损金 属管道的最佳蒸汽参数。 参考文献： ［１］Ｑ／ｌＯｌ一１０４．６—２ｏ０５，３３５ＭＷ机组锅炉检修规程［Ｓ］． ［２］Ｑ／１０１—１０４．（）７—２００３，６００ＭＷ机组锅炉检修规程【Ｓ］． ［７］吴晓洲．吹灰器控制系统改造［Ｊ］．华电技术，２００９，３１ （１）：５０—５２． ［８］包平浪．火力发电厂６００ ＭＷ机组干除灰系统设计方案 优化［Ｊ］．华电技术，２００９，３１（１０）：２４—２６． ［９］刘小川．６００ ＭＷ亚临界机组除灰系统故障处理与优化 ［Ｊ］．华电技术，２００９，３１（４）：５３—５６． （编辑：刘芳） 作者简介： 刘张鹏（１９８２一），男，山东菏泽人，工学硕士，工程师， 从事锅炉检修方面的工作。 甄宏伟（１９６８一），男，山东邹城人，锅炉检修队主任，从 事锅炉检修方面的工作。 李相超（１９６９一），男，山东金乡人，从事锅炉检修方面 的工作。 ［３］Ｑ／ｌＯｌ一１４．２１０—２０ｏ６，１ｏｏｏＭＷ机组锅炉检修规程［Ｓ］． ［４］赵玉新．ＦＬＵＥＮＴ中文全教程［Ｍ］．长沙：国防科技大学 出版社，２００３． ［５］周谟仁．流体力学：泵与风机［Ｍ］．北京：中国建筑工业 出版，１９７９． ［６］Ａ．Ｊｏｈａｎｓｓｏｎ，Ａ．Ｍｅｄｖｅｄｅｖ．Ｍｏｄｅｌ—ｂａｓｅｄ Ｌｅａｋａｇｅ Ｄｅ— ｔｅｃｔｉｏｎ ｉｎ ａ Ｐｕｌｖｅｒｉｚｅｄ Ｃｏａｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｖｅｓｓｅｌ『Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９９，７（１ １）：