HWDL2000/106-85型直驱风电机变流器水冷装置改造

HWDL2000/106-85型直驱风电机变流器水冷装置改造

宋来育李建鹏李娜

甘肃靖远航天风力发电有限公司甘肃白银730614

摘要：为了将变流器水冷装置故障率降到最低，杜绝风电机组在气温骤降，由于在气温骤降时往往伴随大风天气，对于这种天气刚好是风电机组发电时间，往往这时候机组频报水冷系统故障，影响机组的正常运行，对此，进行了水冷系统中蓄能罐的改造工作，水冷系统运行时压力平稳，减少机组的故障率，改造试运行10台机组，运行稳定，以杜绝此类故障的发生。

关键词：变流器水冷系统改造

HWDL2000/106-85型风机发电机组采用全功率变流器，变流器在工作时将产生大量的热能，采用冷却水进行冷却，水冷系统就是将水泵内及冷却循环系统注满冷却液并形成一定压力（2.0-5.0bar）。用水泵带动封闭管路里的冷却液进行循环，经风冷却器与冷却空气进行热交换，从而降低变流器的温度。水冷系统装有膨胀罐，预压为1.5bar，膨胀罐可减小系统的压力波动；当水泵停止运转时，膨胀罐可以维持一定时间的系统压力，同时膨胀罐可以消除因冷却液温度上升体积膨胀所带来的影响。系统配备压力表，可以直接观察系统压力，水冷装置和风冷却装置的最高位置安装有排气阀，可以及时排除系统中混入的气体，风冷却器通过与外界空气进行热交换，实现冷却液的降温，然而在机组运行时遇到气温骤降或在低温时机组待风时经常频繁报水冷系统压力低故障，根据此现象进行分析报出水冷系统压力低故障主要是由两方面原因：一是变流器冷却水压力低于2bar时报警，二是变流器进水口压力检测低于0.5bar时报警。根据故障报警主要进行了两方面的原因分析及改进措施：

一、变流器水冷系统冷却水压力低报警

（1）水泵停机时报压力低（小于2bar）报警在变流器水温低于25℃、风电机组待机、加热器不加热的情况下（三个条件全部满足时），主控系统会控制冷却水泵正常停机。

在02：27：54和02：28：14两个时段时冷却水泵运行和机组停稳后压力都是高于2bar，系统压力正常。此次压力低报警为刚停机时系统压力不稳定导致。从数据上分析机组在刚停机至压力稳定需要时间为20s左右，而机组停机时主控系统进口压力采集延时设置时间为5s，主控系统会报出水冷系统进口水压力低故障；应当将主控系统进口压力采集延时时间设置为调整到20秒，此报警可消除。

二、变流器进口检测水压低于0.5bar报警

（1）系统漏液致水冷系统压力低，因水冷管路连接接头安装工艺问题，密封圈安全不到位，导致水冷管路接头发生漏液，水冷系统内压力逐步降低；在检查连接管路的同时还发现排气阀排气时有冷却液排出附着在排气阀上，出现轻微漏液现象，将漏液的排气阀更换后拆解进行分析时，发现在排气阀顶部存在明显异物凝结、附着；因为这些凝结物导致排气阀内部浮子工作不到位造成水冷系统压力逐渐降低直到压力降到2.3bar左右时，报出水冷系统压力低故障，将这些凝结物委托第三方机构检测，这些凝结、附着物检测为乙二醇；随后对冷却液进行了PH检测，检测结果是冷却液PH值大约在8-9之间，不符合要求。对不合格的冷却液进行更换，运行一段时间后重新检测冷却液的PH值在7左右，同时对排气阀也进行了更换。因水冷系统初次充液后会有较多气体，气体排净需要一定时间。初次充液运行一段时间后，系统压力会因气体排出而下降。所以在初次充液后一段时间，需定期观察补液至系统压力稳定。

（2）变流器进水口检测冷却水低于0.5bar报警在水冷系统温度降低或系统中残余气体排出后压力降低，原膨胀罐接入位置为冷却泵的出口，当冷却泵运行时系统压力波动过大，膨胀罐安装到此位置对减小系统的压力波动效果不太明显；当冷却泵停止运转时，变流器进水口压力检测到系统压力低于0.5bar，故报水冷系统进口压力低故障。由于膨胀罐安装位置离变流器距离过远，起不到减少压力波动及维持系统压力的作用，研究分析决定将水冷系统膨胀罐接入位置改到变流器入口位置。如图1所示，因膨胀罐储有一定能量，可消除因冷却液压力波动对变流器所带来的影响。

图1：改造后的系统图

按照以上的分析方案对10台风电机组进行了改造，经历近2个月的低温天气，除2台是因主控系统要求冷却水泵停机报水冷系统压力故障外，其余均未报过变流器进口压力低故障。从测试数据可以看出，当系统静压在2bar，甚至降到1.5bar时，变流器进口压力仍然可以保持在0.5bar以上，保证整个系统稳定运行。

在膨胀罐有效作用的情况下，内循环温度由10℃到40℃，静压变化0.47bar，动压变化0.42bar。外循环温度由10℃到30℃，静压变化0.45bar，动压变化0.2bar。

系统改造后，当系统静压为3bar时，发现在三通阀内外切换时，冷却泵出口压力不稳定，会出现压力高报警现象（已改造10台中出现2台）。当预充静压为2.5~2.8bar时，系统介质温度升高时，根据表2温度压力变化对比表，静压将升高至3.2bar左右，三通阀切换时可能会出现压力高报警（大于7bar）。因此建议将压力高报警从三通阀开始切换做延迟90S处理。（管路耐压1.2MPa）同理，系统介质温度降低时，静压降低至2.0bar左右，可能会出现压力低报警（小于2bar）。根据表1改造方案测试数据表格，当系统静压为1.5bar时，各项数据在正常范围内，系统运行正常。因此将压力低报警值由2bar调整为1.5bar。改造后的水冷系统进行测试，得出结果水冷系统预充静压为2.5-2.8bar，膨胀罐气压为1.9bar，水冷系统运行稳定

通过这次改造，从以上数据分析可以看出，HWDL2000/106-85型风机发电机组水冷装置运行时压力波动大，膨胀罐安装在冷却泵的出口不能有效地吸收这些波动、机组在停机时系统压力采集时间过短，是导致机组报水冷系统压力低故障的根本原因，通过分析增长机组在停机时系统压力采集时间，具体分析变流器冷却装置的原理，将膨胀罐的位置优化到变流器的进水口，膨胀罐能有效的吸收压力波动，并能给变流器内部压力一定的补偿；变流器水冷系统故障再未发生。

三、参考文献：

1.任清晨风力发电机组工作原理和技术基础机械工业出版社2015年1月第一版

2.杨校生风力发电技术与风电场过程化学工业出版社2015年5月第一版

3.董小泊，郭进学风电场设备检修维护标准化手册中国电力出版社2016年12月第一版

4.2.0MW电励磁直驱风力发电机组维护手册中国航天万源国际（集团）有限公司技术研发中心