【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，又伴隨著平價上網的臨近，能效監督要求越來越高，必須深度挖掘機組的最優性能，解決機組問題，符合現場實際，從而使設備更穩定、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、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帶來的危害和弊端、技改優化的方案及變槳系統改造優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化方案效果與收益1.技改優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年因變槳系統故障損失發電量140萬kWh,故障主要集中在變槳過壓、K2繼電器失效、旋轉編碼器失效，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象：報文通常為某子站丟失，一支葉片未順槳，變槳柜內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，處于不可控狀態。圖2：因過壓損壞的備件統計圖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據臺賬統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，沒有發現任何痕跡表明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模塊存在整流環節，有隔離作用，交流電無法通過以上設備串入24VDC回路，經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，又由于三北地區限電情況不斷加劇，所以對于風電機組的變槳系統是一次嚴重考驗（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直流系統內，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節均需要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，觸點發生電蝕，存在接觸間隙，放電現象明顯，極容易發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繼電器，固態繼電器具有壽命長、可靠性高優點，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.現場實踐3.1作業安全措施①將作業風機手動停機并打至維護狀態，切斷風機遠程控制；②可靠鎖定葉輪兩側機械鎖；③將三個變槳柜手自動開關S1切換到手動狀態；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作業步驟3.3作業步驟①進入風機后，手動停機，將維護開關旋至維護狀態，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，然后將三個變槳柜的Q1打到OFF狀態，切斷3臺控制柜電源,最后將滑環電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：1）安全打開柜門后，首先移除線槽蓋以便于后續操作。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），杜絕在改造完成后發現錯誤進行返工，根據原理圖進行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。⑤安裝作業：1）根據主視圖，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），從而預留出固態繼電器位置，使固態繼電器安裝于保險組件左側，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，如圖11。圖11：固態繼電器和K3.1繼電器安裝位置2）根據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，固態繼電器的+3接于K2繼電器的A1，固態繼電器的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）。然后對柜內進行恢復。隨后檢查柜內有無工作殘留物，蓋上線槽蓋，恢復到正常狀態，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92度限位開關，觸發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，此時向前向后均可動作。在強制手動狀態下，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；6）確定人員處于安全位置時，將柜體切換至自動狀態，此時槳葉應能自行運轉到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，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工作殘留物。4.結束語截止2019年12月，該技改已在7臺機組上實施（其中5臺曾發生24V過壓故障），按照故障規律發生24V過壓機組，如果不做技改會發生二次過壓，目前該7臺機組運行穩定，未發生過壓及K2、旋轉編碼器失效情況。按照2018年統計某風電場一期項目33臺1.5MW機組為例，變槳系統故障損失電量為140萬kWh，因變槳過壓、K2失效、旋轉編碼器失效