金风变流常见故障处理转正论文.doc

变流系统常见故障原因及分析F1 Overcurrent和F8 System fault故障原因及分析处理姓 名：李阳专 业：核工程与核技术 入职时间：2016-12-25部 门：华中客服事业部 目 录目 录1摘要2一、变流系统的作用3（一）能量转换3（二）低电压穿越功能3二、变流系统主要结构介绍3（一）变流器外观3（二）主要元器件及其作用4（三）变流器主拓扑结构7三、变流器控制原理8（一）网侧控制原理8（二）变流机侧控制原理9四、常见故障分析10（一）变流F1 Overcurrent过流故障分析101、过流原因可能原因102、 江西长岭典型故障处理10（二）F8 System fault故障原因分析131、F8故障常见原因：132、现场典型案例分析：13（三）处理问题的一点建议14五、结束语14参考文献：15摘要本文通过对变流系统的重要元器件和变流控制原理进行了简单的介绍，总结了F1 Overcurrent和F8 System fault发生故障的原因和解决方法，并且提出本人在现场进行日常维护消缺工作时发现的一些缺陷和整改意见。关键词： 变流系统原理 元器件简介 常见故障一、变流系统的作用（一）能量转换变流系统在风机系统中主要作用就是把风能转换成适用于电网的电能，反馈回电网。发电机发出的交流电，电压和频率都很不稳定，随叶轮转速变化而变化，而经过电机侧整流单元整流，变换成直流电，送到直流母排上，再通过逆变单元把直流电逆变成能够和电网相匹配的形式送入电网。为了保护变流器系统的稳定，此外还有一个过压保护单元，当某种原因使得直流母线上的能量无法正常向电网传递时，它可以将多余的能量在电阻上通过发热消耗掉，以避免直流母线电压过高造成器件的损坏。（二）低电压穿越功能低电压穿越（LVRT），指在风力发电机并网点电压跌落的时候，风机能够保持并网，甚至向电网提供一定的无功功率，支持电网恢复，直到电网恢复正常，从而“穿越”这个低电压时间(区域)。二、变流系统主要结构介绍（一）变流器外观图2.1 变流系统整体Switch变流由芬兰的TheSwitch公司研制，网侧、电机侧都采用主动整流方式。变流器整体结构由5个机柜构成，其中核心部件为1#，2#、4#、5#机柜内部的功率模块，由芬兰的VACON公司生产。其中2#柜中的单元（1U1）即为AFE，4、5#柜中的单元（2U1, 3U1）为INU，1#柜中的功率模块(4U1)是制动单元。 该变流器采用了水冷主动整流的方式来控制发电机侧、网侧功率单元，其控制方式为分布式控制，也即网侧和发电机侧各有独立的控制器，控制器间通过CAN总线进行通信，从主控角度看，1U1是主控制器，变流器和主控之间的信息交换通过1U1完成，并再由其转发到其他功率单元。（二）主要元器件及其作用图2.2 柜体1网侧断路器1Q1机械锁定钥匙的钥匙把的位置处于水平方向时断路器处于机械锁定状态，在需要进行机械锁定时最好将钥匙拨到水平位置后将钥匙拔离以确保安全。钥匙位于与地面垂直位置时表明断路器处于正常工作状态，此位置无法移除钥匙。图2.3柜体2图2.4柜体3图2.5 柜体4 （三）变流器主拓扑结构图2.6系统主拓扑三、变流器控制原理（一）网侧控制原理图3.1 变流网侧控制原理图从图3.1中可以看到，网侧功率模块有两个相互独立的控制对象，其一是图中右侧的直流电压环，或有功功率环，其二是左侧的无功功率环。有功环的作用是维持直流电压在设定点附近，无功环的目的是根据主控的要求移动输出电压相位，以发出给定的无功功率。有功功率由发电机侧功率模块转化为直流有功输送到直流母线上。而网侧功率模块则将直流母线上的有功转换为交流有功输送到电网上。当直流母线上输入有功功率增加到大于通过网侧模块输送到电网上的有功时，将导致直流母线电压上升，而当直流输入有功功率下降到小于输送到电网的有功时，直流母线电压会下降。也就是说，直流母线电压的变化直接反应了发电机发出的功率的变化。网侧功率模块通过监测直流母线电压的波动，就可以得到输出有功电流的大小。换言之，只要能够维持直流电压恒定，就能够维持有功功率输入输出间的平衡。逆变器主要有两个调节参数，其一是决定输出电压幅值的调制比，其二是影响输出相位的频率值。在图中，有功环的调节对象即为调制比，无功环的调节对象即为输出频率。（二）变流机侧控制原理图3.2变流机侧控制原理图图3.2中可以看到，这里给出了一套绕组对应的功率模块的控制框图。这是由于两套绕组在控制原理上是一致的，只是在控制的相位上有一定偏差，所以这里只需要给出一套绕组对应的功率模块控制框图。 另外，图中光电码盘在实际系统中是不存在的，实际上采用的是无速度矢量控制原理。通过这一控制方式，可以得到转子转速，从而得到转子磁场位置角r。通过VACON公司的核心算法，可以从电机电枢电流及电机参数推导得到转子磁场的旋转速度。 从框图上可以看到这里采用的是直接转子磁场定向控制。首先根据检测得到的转子磁场的旋转速度，积分得到转子磁场位置角r。根据这个位置角r，对检测得到的发电机定子电流进行三相静止坐标系到两相同步旋转坐标系的变换，得到转矩电流分量iq和励磁电流分量id。这两个量作为电流闭环控制的反馈量。 转矩电流的参考给定有两个来源：（1）由转速参考给定与检测得到的转子速度进行比较，然后经过PI调节器得到转矩电流给定。（2）根据转矩给定直接得到转矩电流给定。励磁电流的参考给定则比较复杂。首先根据直流母线电压推算出对应的定子最大端电压，将这个电压和前馈电压值比较，将其中较小者作为机端电压最大值。再将这个结果和电压给定进行比较，再经过磁场控制器得到励磁电流给定。注意，这里虽然用PI调节器的符号表示磁场控制器，但实际上与一般的PI调节器是有一定区别的。在得到励磁电流/转矩电流的给定和反馈之后，通过电流调节器可以得到转矩电压/励磁电压的参考给定值Udref/Uqref。再根据转子磁场位置角r，对这两个给定进行两相同步旋转坐标系到三相静止坐标系的变换，得到发电机机端三相电压的给定。根据这三相给定，PWM模块给出功率器件的驱动脉冲。四、常见故障分析（一）变流F1 Overcurrent过流故障分析在金风1500kW风力发电机组变桨系统的故障中，“变流F1 Overcurrent过流”故障的出现较为频繁，这里就对该故障出现的原因进行简单分析。1、 过流原因可能原因 变流系统很少单独报出过流故障，一般还伴随其它故障一起出现，通常情况下有四种原因：其一：光纤问题，控制盒到功率模块7根光纤，以及功率模块内部ASIC板到Drive板光纤插错，虚接，或者损坏所致；其二：部件损坏，假如1u1报此故障极有可能是内部ASIC板及Drive板损坏；其三：电缆连接错误;其四：短路问题，用万用表通断档测量2u1，3u1输入端电缆，看是否存在短路现象。2、 江西长岭典型故障处理背景：江西长岭1#机组以前频繁报变流故障，风机在运行一段时候后，便报出变流故障。现场人员检查后，发现1U1报电机侧故障，2U1报过速故障，3U1报过流故障和系统故障 处理思路：1) 下载Service info 和Datalogger2) 根据下载的故障数据，参考现场故障分析及处理3) 根据分析的故障点进行查找4) 解决问题处理过程：首先查看故障代码，看故障时刻发生了什么，故障代码如下所示：图4.1.1 Service ifto故障记录对比在图4.1.1中可以看到，1U1报了电机侧故障，2U1报了过速故障，3U1报了1号过流和8号系统故障，根据三个模块所报故障，可以知道，故障点来自电机侧。那么，到底是2U1先发生的故障，而后导致了3U1的故障，还是3U1先发生的故障导致了2U1的故障，需要对比Datalogger中的数据波形，进行分析，如下所示： 图4.1.2 Datalog数据对比在图4.1.2中可以明显看到，直流电压变化时，3U1直接停止调制，之后断路器2跳闸。而直流电压在变化时，2U1还在继续调制，过了一段时间后，才停止调制，断路器1跳闸。从数据对比上看，可以确认，是3U1先发生故障，导致了2U1动作。说明故障点在3U1，而从3U1的Serviceinfo上看，在故障时刻，3U1上报了1号过流和8号系统故障，查看故障代码，分析故障。图4.1.3 故障子代码从4.1.3故障子代码上看，1号故障子代码S1是由于ASIC有问题导致，8号故障子代码S1是由于ASIC的反馈信号丢失导致。现场技术人员到更换ASIC和驱动板后，故障消失，机组运行了几天，没有在报此故障（二） F8 System fault故障原因分析1、F8故障常见原因：其一：光纤问题，控制盒到功率模块7根光纤，以及功率模块内部ASIC板到Drive板光纤插错，虚接，或者损坏所致；其二：部件损坏，假如1u1报此故障极有可能是内部ASIC板及Drive板是否有烧痕；其三：如果8号故障同时报1号，9号，41号等几个故障，功率模块也有可能损坏;2、现场典型案例分析：背景： FG08机组，现场人员反应此机组在并网瞬间报变流故障，3U1上报8号故障。此故障在很多现场频繁报出，故障点有很多，为此，到现场实际检查，找到其真正的故障点。处理思路：1) . 下载Service info 和 Datalogger2) . 理清思路，参考现场故障案例分析及处理中的思路3) . 按照思路一条一条去检查，最终解决问题处理过程：检查此故障的思路一般有两个，一，检查光纤。二，更换电路板。为了分析故障，首先查看3U1内部的故障记录Service info中的记录，如下所示：图4.2.1 故障记录图4.2.1中显示为8号故障，Subcode为S1，Submodule为Unit，查看SWITCH公司手册，查找故障子代码解释，如下：图4.2.2 故障子代码 据4.2.2子代码表中的解释，S1故障为ASIC板反馈丢失，根据此解释，马上查找ASIC上的光纤连接，看是否有问题，如下所示：图4.2.3 故障图片图4.2.3中，检查ASIC到Drive板的光纤连接时，发现ASIC的V相光纤连接到了Drive板上的W相上，而ASIC的W相光纤连接到Drive板的V相上，两相光纤接反，导致了变流报故障，光纤重新连接后，故障消除，机组正常运行。（三）处理问题的一点建议1.作为一名现场运维工程师，在日常工作中，巡检工作要到位，平时的消缺、检修等，只要有机会就检查变流柜，观察机组震动情况，确认温度湿度等是否在正常值，把隐患消除在萌芽状态。2.处理问题一定要详细了解现场情况，根据实际，结合各方面资料，认真仔细排查故障。3.在日常工作之余加强学习，不断更新知识，处理问题不能只依靠经验。 五、结束语首先感谢公司给我一个展示自己的平台，再次感谢项目经理王乃虎，史玉杰，以及各位一起工作的同事在我入职后对我的耐心指导，更感谢项目各位成员对我的关心和支持。自入职以来已有6个月的时间了，我认识到变流系统作为风力发电机组核心系统，也是机组故障率较高的系统，它很大程度上决定了机组是否能够平稳运行，维护好变流系统是我们工作的重中之重。根据这段时间对机组维护所得的一点知识，简述出上述机组变流系统的一点见解。由于本