某品牌1.5MW機組變槳K2繼電器技改優(yōu)化

【摘要】隨著時間的推演，1.5MW機組已成為大多風電公司的老舊機組，很多嚴重問題開始突顯，又伴隨著平價上網(wǎng)的臨近，能效監(jiān)督要求越來越高，必須深度挖掘機組的最優(yōu)性能，解決機組問題，符合現(xiàn)場實際，從而使設備更穩(wěn)定、健康。某品牌1.5MW機組變槳近期暴露出一個致命問題，由于K2繼電器的運行老化和頻繁動作，造成故障頻發(fā)、難處理，甚至造成了人身和設備的安全隱患。本文將重點從變槳系統(tǒng)帶來的危害和弊端、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行闡述、分享?！娟P鍵字】K2電磁剎車繼電器技改優(yōu)化方案效果與收益1.技改優(yōu)化項目背景以某風電場33臺某品牌1.5MW機組為例，該風電場2018年因變槳系統(tǒng)故障損失發(fā)電量140萬kWh,故障主要集中在變槳過壓、K2繼電器失效、旋轉(zhuǎn)編碼器失效，其中因變槳過壓故障損失電量45.6萬kWh。變槳過壓故障特點：1.1故障處理難度大變槳過壓故障現(xiàn)象：報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保險熔斷，24V回路存在多個短路點，因過壓導致壓敏電阻擊穿，回路存在多個短路點，同時因過壓導致批量器件損壞，對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登塔三次以上才能完成消缺。1.2備件損壞多2018年某風電場因變槳過壓損壞備件統(tǒng)計如圖1，單單由于過壓損壞的備件金額高達12萬元以上。圖1：因過壓損壞的備件統(tǒng)計1.3安全隱患高若機組因壓敏電阻擊穿后，X3-3和X3-4兩個壓敏電阻擊穿后短路（如圖2），相當于將機組限位開關屏蔽，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：因過壓損壞的備件統(tǒng)計圖3：齒形帶繃斷、張緊輪失效2.原因分析及技改思路2.1原因分析通過多年的風電機組設備數(shù)據(jù)臺賬統(tǒng)計和典型故障案例的分析，以壓敏電阻擊穿作為切入點，壓敏電阻擊穿說明24DC回路至少串入77V以上電壓（如圖4壓敏電阻保護電壓77V），變槳系統(tǒng)共存在三種電壓等級（220VAC/60VDC/24VDC)，檢查重點包括兩條回路并列排布的線路絕緣、變槳電機、AC2等，沒有發(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)因超級電容容量大，直流電壓不能突變，造成壓敏電阻擊穿電壓應為交流電壓，同時NG5、DC/DC模塊存在整流環(huán)節(jié)，有隔離作用，交流電無法通過以上設備串入24VDC回路，經(jīng)過電氣回路及實物分析，最終鎖定K2是造成220VAC串入24VDC回路的故障點（如圖5交流觸點緊挨著直流觸點）。圖5：K2繼電器觸點實物分配圖因此可以初步判定，隨著電網(wǎng)對AGC平臺的快速推進，對風電機組的要求更高，又由于三北地區(qū)限電情況不斷加劇，所以對于風電機組的變槳系統(tǒng)是一次嚴重考驗（AGC指標不斷變化，風電機組需頻繁變槳來跟蹤AGC指標，從而暴露出很多變槳問題），由于頻繁變槳，K2繼電器不斷動作，交流220V電壓觸點必然頻繁開斷拉弧，隨著觸點保護層的電蝕，勢必將電弧串入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技改思路通過以上分析，變槳系統(tǒng)24VDC過壓主因是電氣回路設計不合理（早期設備未考慮到接收電網(wǎng)AGC指令后會頻繁變槳），K2接觸器同時控制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剎車，變槳采用交流電機，控制策略是每次槳距調(diào)節(jié)均需要K2動作，動作十分頻繁，同時電磁式接觸器隨著工作年限增加，觸點發(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題。因此從以下幾方面進行技改升級：將變槳電磁剎車接觸器K2中230VAC觸點拆除，避免230VAC串入24VDC回路，導致批量備件燒毀，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、可靠性高優(yōu)點，已解決K2批量失效問題，升級改造圖紙如圖7和圖8。圖7：改造前圖紙圖8：改造后圖紙3.現(xiàn)場實踐3.1作業(yè)安全措施①將作業(yè)風機手動停機并打至維護狀態(tài)，切斷風機遠程控制；②可靠鎖定葉輪兩側(cè)機械鎖；③將三個變槳柜手自動開關S1切換到手動狀態(tài)；④將三個變槳柜的Q1空開斷開；⑤拉開F5保險座，并取出;⑥用萬用表測量X2的8口無24V；⑦技改完成后進行手動測試，并兩人進行配合，若沖限位，及時斷電。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進入風機后，手動停機，將維護開關旋至維護狀態(tài)，掛上“禁止合閘，有人工作”安全標識牌，門口掛“在此工作”標識牌。②進入機艙鎖定葉輪（風速超過12米/秒時，嚴禁鎖定葉輪），葉輪鎖定后，人員可進入輪轂，嚴禁葉輪未鎖定情況下進入輪轂。先將三個變槳柜打到手動狀態(tài)，然后將三個變槳柜的Q1打到OFF狀態(tài)，切斷3臺控制柜電源,最后將滑環(huán)電101F4斷開。③打開3臺變槳控制柜柜門，用萬用表核實變槳柜是否帶電，確認變槳柜不帶電后進行改造。④拆除作業(yè)：1）安全打開柜門后，首先移除線槽蓋以便于后續(xù)操作。以下操作均按圖9為主視圖進行描述，首先進行線纜的拆除，在實施過程中必須看清線號（可通過相機留影輔助作業(yè)），杜絕在改造完成后發(fā)現(xiàn)錯誤進行返工，根據(jù)原理圖進行X2-8與X3-1（圖10）的下口進行拆除。圖9：變槳柜柜體主視圖圖10：X2-8與X3-1進行拆線注意：在拆除導線操作中，由于一代VENSYS變槳無線套，所以必須先核對端子排名稱及端子號；其次，必須將線纜兩側(cè)都拔出后，通過萬用表通斷檔進行檢測，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，無法將拆除的線纜取出，因此應將裸露線鼻子進行絕緣防護，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（部分機組無卡扣，可忽略），向右移動濾波模塊（綠色LC濾波模塊，部分機組無此模塊，可忽略），從而預留出固態(tài)繼電器位置，使固態(tài)繼電器安裝于保險組件左側(cè)，如圖11；將卡件、A10、藍色繼電器組右移，預留出K3.1繼電器位置，安裝與保險組件右側(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觸點入，14觸點出2根，一根到X3-1的下口（拆除端），另一根到X11-5的端子（中間通過快插進行隔離，便于機組撞限位后，維護人員能高效處理）；對于固態(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，使用萬用表測量每根新增的線纜確保接線正確，填寫檢查表（見附錄表2）。然后對柜內(nèi)進行恢復。隨后檢查柜內(nèi)有無工作殘留物，蓋上線槽蓋，恢復到正常狀態(tài)，依次對另外兩只槳葉進行改造。表2：改造完成后線纜接線檢查表⑥上電檢測：1）滑環(huán)上電，且三柜都處于手動模式，逐一柜體上電；2）上電后葉片應該停在87度接近開關位置，對改造后的柜體進行手動點動向后（90度方向）變槳，此時槳葉應能動作，聽電機是否有開合閘動作，同時測試向前（0度方向）變槳，觀察是否正常；3）手動向后變槳直至觸發(fā)92度限位開關，觸發(fā)92度限位開關后，手動向前向后均失效，且無開合閘動作；4）用快插和短接片切換至強制手動狀態(tài)，此時向前向后均可動作。在強制手動狀態(tài)下，將槳葉向前變槳至70度左右，開合閘動作正確；5）取消強制手動狀態(tài)；6）確定人員處于安全位置時，將柜體切換至自動狀態(tài)，此時槳葉應能自行運轉(zhuǎn)到87度位置，開合閘動作正確；7）若改造多個柜體，測試其他柜體時，測試完畢的柜體應仍然切換至手動狀態(tài)，且切斷電源；8）測試無誤后，對柜體進行恢復，上電，切換為自動模式，并帶走工具以及輪轂內(nèi)工作殘留物。4.結(jié)束語截止2019年12月，該技改已在7臺機組上實施（其中5臺曾發(fā)生24V過壓故障），按照故障規(guī)律發(fā)生24V過壓機組，如果不做技改會發(fā)生二次過壓，目前該7臺機組運行穩(wěn)定，未發(fā)生過壓及K2、旋轉(zhuǎn)編碼器失效情況。按照2018年統(tǒng)計某風電場一期項目33臺1.5MW機組為例，變槳系統(tǒng)故障損失電量為140萬kWh，因變槳過壓、K2失效、旋轉(zhuǎn)編碼器失效