WT2000双馈异步发电机变流器温升分析及控制方法

摘 要：本文对WT2000双馈异步发电机变流器运行过程中，变流器频繁报过温故障，机组频发停机等故障进行了分析。对变流器温升分析及控制方法，制定控制变流器温升方法，保证风力发电机组安全稳定经济运行等进行了综合阐述。供参考应用。

关键词：变流器；散热器；温升分析；控制方法

中图分类号：TM31 文献标识码：A

风力发电机组变流器是风力发电机的核心部件，起到变速恒频的作用，结构复杂，一旦失效，更换非常困难，并且费用昂贵。

目前2兆瓦级风电机组的变流器（WINDTEC）由美国超导（SMSC）生产，由于PM3000（S/N006-970062）设备是模块集成一体，空间小散热能力差，变流器温度高造成导热硅胶老化，大风满负荷时，变流器扼流圈温度高达100℃（不允许超过80℃），触发变流器温度高于限值。风机故障停机，增加故障损失电量，同时也减少了风机的发电量，导致风电场经济效益的下降。为了减少或消除该故障现象的发生，就必须从原理上对引起发电机轴承温升的原因进行分析，从而才能得出有效的控制方法。延长设备使用寿命，节约了成本，增加了发电量。

1.变流器PM3000机侧IGBT过温

近期发现现场运行的多台AMSC变流器的PM3000机侧IGBT运行时温度偏高，并且容易损坏，部分机组需限功率运行。

2.变流器过温原因排查及分析

通过对PM3000内部机侧IGBT过温情况进行汇总分析，故障时刻机侧IGBT的温度超出故障限值100℃，满发工况下比正常运行机组高出30℃～40℃（正常为70℃左右）。进一步分析认为机侧IGBT温度过高是由于其散热能力不足引起的。

为了进一步明确问题原因，我们进行了变流器水冷系统流量测试、温度数据录波分析和IGBT安装工艺检查等工作。

2.1 变流器水冷系统流量测试

机侧IGBT安装在水冷板上，如果水冷系统流量偏小，则水冷板带走的热量少，散热能力不足就会造成IGBT温度偏高。因此，我们对PM3000模块机侧、网侧的进出水口流量进行了流量测试，并与温度正常的PM3000在同条件下进行对比，结果发现两者流量几乎没有差别，进而否定了水冷系统流量不足造成IGBT过温的可能。

2.2 变流器温度数据录波分析

对运行时机侧IGBT温度偏高的PM3000进行录波分析，查看温度梯度增加时电压、电流及功率等量的变化情况，分析发现变流器在温度梯度增加前后的功率、电流等量均不存在异常变化，各个电气量之间存在相互逻辑关系，没有异常之处，仅温度偏高，因此可以初步判断IGBT温度异常与机组的运行工况无关。

2.3 变流器IGBT安装工艺检查

拆开PM3000，检查变流器机侧IGBT在水冷板上安装情况，发现IGBT与水冷板接触面上的导热硅脂存在干涸、老化现象。分析认为导热硅脂老化会导致导热能力下降，IGBT运行时不能有效散热，运行一段时间后便会造成过温。

为了验证此分析结论，我们在厂内对问题PM3000进行了重新组装，使用新的导热硅脂涂敷在散热面上，然后对涂脂前后的PM3000进行温升测试。经过测试发现：涂脂前1.3MW运行工况时PM3000机侧IGBT温度已达到75℃（为了安全不能增加功率至2.0MW），涂脂后在2.0MW运行工况时PM3000的机侧IGBT温度仅为71℃；另一台涂脂前1.5MW时温度为76℃，涂脂后2.0MW时温度为68℃。

鉴于试验效果良好，我们判定PM3000 机侧IGBT过温是由于其安装面上的导热硅脂老化，散热能力下降引起的。

3.变流器温升控制方法及处理措施

为了解决PM3000机侧IGBT过温问题，于2016年4月11日制定并下发了《WT2000系列风力发电机组AMSC变流柜内IGBT导热硅脂风场涂敷工艺》文件，要求使用AMSC变流器的各现场根据工艺文件对所有IGBT过温的PM3000进行重新涂敷导热硅脂的工艺处理。

根据现场服务人员反馈，截至2016年8月24日，巴里坤一期已经完成了9台PM3000涂脂处理。经过运行观察，处理后的PM3000机侧IGBT温度显著降低，运行温度都已恢复至正常范围。

4.效果分析

变流器IGBT温度偏高，通过对变流器导热硅脂涂敷在散热面上，变流器温度在大风满负荷情况下，变流器温度在正常范围内运行，大大降低了变流器在运行中发热触发故障停机次数，减少了故障损失电量。

结论

自发现AMSC变流器的PM3000机侧IGBT过温问题以来，采取措施，逐步排查、分析问题，快速定位了故障原因，制定并实施了有效的处理措施。降低了变流器异常发热，减少变流器故障次数，降低故障损失电量，厚积薄发增加了发电量，为完成全发电任务打下坚实的基础。

参考文献

[1]苏绍禹.风力发电机设计与运行维护[M].北京：中国电力出版社，2012.

[2]叶杭冶.风力发电机的控制技术[M].北京：机械工业出版社，2009.

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