風(fēng)力發(fā)電機(jī)常見(jiàn)的冷卻故障及對(duì)策

　　風(fēng)電機(jī)組在發(fā)電過(guò)程中一些器件如發(fā)電機(jī)、IGBT、濾波電容、變槳電機(jī)等都會(huì)產(chǎn)生熱量，其熱量大小取決于本身功率，熱量過(guò)高會(huì)影響器件的可靠性。為保證機(jī)組的正常運(yùn)行，必須配置相應(yīng)的冷卻系統(tǒng)將多余的熱量帶走。

　　《江蘇電機(jī)工程》(雙月刊)創(chuàng)刊于1982年，是江蘇省電力公司和江蘇省電機(jī)工程學(xué)會(huì)主管、江蘇省電力科學(xué)研究院和江蘇省電機(jī)工程學(xué)會(huì)編輯工作委員會(huì)主辦的全國(guó)性科學(xué)技術(shù)刊物，本刊為國(guó)際大16開(kāi)本，彩色封面插頁(yè)。

　　當(dāng)今風(fēng)電技術(shù)發(fā)展迅速已由KW機(jī)組向MW機(jī)組轉(zhuǎn)變，更多電子器件體積越來(lái)越小，器件的功能要求越來(lái)越高，導(dǎo)致集成周?chē)臒崃髅芏仍絹?lái)越大，因此冷卻系統(tǒng)的作用更顯重要。本文將重點(diǎn)對(duì)變流冷卻系統(tǒng)做簡(jiǎn)單的介紹，常見(jiàn)的冷卻故障解析處理以及簡(jiǎn)單的優(yōu)化。

　　一、冷卻系統(tǒng)的介紹

　　(一)、冷卻系統(tǒng)的作用

　　冷卻系統(tǒng)的作用是將電子器件散發(fā)的部分熱量及時(shí)散發(fā)出去，保證電子器件工作的穩(wěn)定和可靠

　　(二) 冷卻系統(tǒng)的分類(lèi)

　　冷卻系統(tǒng)分為風(fēng)冷和水冷。風(fēng)冷是指以空氣為冷卻介質(zhì)，MW機(jī)組Freqcon變流器采用的是強(qiáng)迫風(fēng)冷主動(dòng)溫控技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單性?xún)r(jià)比高，缺點(diǎn)為散熱效率低，無(wú)法調(diào)節(jié)系統(tǒng)溫度。 水冷是指以冷卻液為冷卻介質(zhì),MW機(jī)組switch主動(dòng)整流型變流器采用的是水冷主動(dòng)溫控技術(shù)。其優(yōu)點(diǎn)為散熱效率高，缺點(diǎn)為結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本高。

　　(三)水冷系統(tǒng)的介紹

　　1、水冷系統(tǒng)的組成

　　水泵

　　水冷系統(tǒng)水循環(huán)動(dòng)力源。例如用3kw電機(jī)拖動(dòng)水泵工作，它正常工作過(guò)程中一直處于運(yùn)行狀態(tài)。從而使管路中的水不斷地流動(dòng)，把熱量從變流器中帶走，在散熱器處散到空氣當(dāng)中。水泵的出口流量可以通過(guò)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)完成，當(dāng)功率大時(shí)可以利用變頻器控制電機(jī)快速旋轉(zhuǎn)，功率小時(shí)可以低速旋轉(zhuǎn)。可以避免電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間高速運(yùn)轉(zhuǎn)所帶來(lái)的損失。

　　三通閥

　　三通閥是一個(gè)分流裝置。它的工作原理是通過(guò)感溫包膨脹和收縮來(lái)推動(dòng)三通閥閥芯的位置移動(dòng)，從而控制和調(diào)節(jié)內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)的混合液流量在混合液溫度低于25℃時(shí)，混合液只會(huì)從內(nèi)循環(huán)流過(guò)，而不會(huì)通過(guò)塔筒外散熱器，因?yàn)槿绻矁?nèi)溫度足夠低的話(huà)，不需要塔筒外散熱器散熱，變流柜溫度也可以降到正常工作溫度。當(dāng)混合液溫度大于25℃后，三通閥會(huì)逐漸打開(kāi)，逐漸增大外循環(huán)的流量，一直到混合液溫度達(dá)到40℃時(shí)，混合液會(huì)全部經(jīng)過(guò)塔筒外散熱器循環(huán)，從而使水冷系統(tǒng)的散熱能力達(dá)到最大，從而來(lái)保證變流器工作在合適的溫度范圍內(nèi)。水冷系統(tǒng)采用的是機(jī)械式三通閥，25度開(kāi)啟三通閥，42度全部開(kāi)啟。

　　儲(chǔ)壓罐

　　儲(chǔ)壓罐內(nèi)氮?dú)獾撵o壓力和管道中的靜壓力必須保持一定的平衡，使得系統(tǒng)停機(jī)的狀態(tài)下儲(chǔ)壓罐中的水位處在靠近中間的位置。這樣當(dāng)系統(tǒng)壓力升高時(shí)，儲(chǔ)壓罐氣囊有足夠的空間來(lái)緩沖增高的壓力。當(dāng)系統(tǒng)壓力降低時(shí)，又有足夠的余地讓水位下降，而不至于無(wú)法緩沖管道中的低壓影響。如果不這么做，儲(chǔ)壓罐中的過(guò)高或過(guò)低，會(huì)影響高壓或者低壓的緩沖效果。

　　電加熱器

　　只有在水冷系統(tǒng)運(yùn)行的條件下電加熱器才可以工作進(jìn)行加熱，電加熱器的啟停是由主控程序來(lái)控制的。當(dāng)變流器有加熱請(qǐng)求的時(shí)候，電加熱器會(huì)開(kāi)始加熱來(lái)調(diào)節(jié)變流器內(nèi)部元器件等溫度直到變流器加熱請(qǐng)求信號(hào)消失為止。另外當(dāng)系統(tǒng)水溫低于12℃的時(shí)候水冷系統(tǒng)也會(huì)自動(dòng)開(kāi)始加熱，直到水溫高于15 ℃的時(shí)候才停止加熱。另外，主控在就地控制的狀態(tài)下也可以強(qiáng)制水冷系統(tǒng)進(jìn)行加熱，作為調(diào)試或冬天低溫時(shí)系統(tǒng)啟動(dòng)前的預(yù)熱。

　　溫度和壓力傳感器

　　水泵出口設(shè)有銅熱電阻PT100(進(jìn)閥溫度傳感器)，用來(lái)檢測(cè)混合液溫度并根據(jù)此溫度通過(guò)電氣系統(tǒng)控制電加熱器的啟/停，控制水/風(fēng)冷卻裝置風(fēng)扇電機(jī)的啟/停。另外在變流器出口也設(shè)有一個(gè)銅熱電阻PT100，用來(lái)檢測(cè)冷卻液在變流器后的回水溫度

　　冷卻液

　　為乙二醇和純凈水的混合液;

　　常溫型：乙二醇：水：防腐劑=49.5：50：0.5;

　　低溫型：乙二醇：水：防腐劑=56.5：43：0.5

　　2、水冷系統(tǒng)的工作原理

　　水冷系統(tǒng)的工作原理為水循環(huán)在高溫的變流器內(nèi)吸熱，在低溫環(huán)境內(nèi)放熱完成的是一個(gè)熱量轉(zhuǎn)移的過(guò)程。水泵將管路循環(huán)水送入散熱器，散熱器把熱量散掉后將水送回水冷系統(tǒng)，水冷系統(tǒng)再將水送入變流器。變流器內(nèi)部進(jìn)行熱交換后留回水冷系統(tǒng)。再次進(jìn)入水泵進(jìn)行下一環(huán)節(jié)。冷卻液由循環(huán)泵進(jìn)入變流器帶走熱量，出來(lái)后返回循環(huán)泵或是經(jīng)過(guò)散熱片后返回循環(huán)泵進(jìn)行下一次循環(huán)。

　　3、變流器散熱參數(shù)

　　在變流過(guò)程中，由于損耗的存在，會(huì)有大量的熱量聚集，其熱量為42KW，這些熱量需要被水冷系統(tǒng)及時(shí)帶走，以維持和穩(wěn)定變流器核心部件的溫度，使其溫度在這些器件在允許的范圍內(nèi)。

　　根據(jù)傳熱學(xué)，流體力學(xué)的公式以及條件

　　Q=K* Δt* Fn

　　Q為傳熱量，K為液側(cè)總傳熱系數(shù)，Δt為傳熱平均溫差，F(xiàn)n為液側(cè)總傳熱面積

　　輸送流體(50%純水和50%乙二醇)，流體溫度(10-70攝氏度)，總流量17.43m/h,揚(yáng)程32m,計(jì)算得出能夠滿(mǎn)足風(fēng)機(jī)水冷散熱的目的。

　　二、 常見(jiàn)的水冷系統(tǒng)的故障解析

　　(一)、 常見(jiàn)的水冷故障

　　大少白山項(xiàng)目用的是水冷系統(tǒng)，水冷系統(tǒng)比較穩(wěn)定，能夠保障機(jī)組的正常運(yùn)行，但也會(huì)遇到一些故障，下面介紹一下常見(jiàn)的故障。

　　1 、進(jìn)閥壓力低

　　故障說(shuō)明 ：進(jìn)閥壓力低于設(shè)定值;

　　故障時(shí)間 ：5s 故障設(shè)置值 0.9bar;

　　解釋說(shuō)明：風(fēng)機(jī)檢測(cè)到水冷系統(tǒng)進(jìn)閥壓力持續(xù)5s 低于0.9bar，風(fēng)機(jī)立即報(bào)此故障。

　　2、 變流器警告故障

　　風(fēng)機(jī)發(fā)電過(guò)程中，主控制PLC接收到變流器發(fā)送的警告信號(hào)，風(fēng)機(jī)立即報(bào)此故障。

　　(二)、故障處理

　　1、 解決水冷進(jìn)閥壓力低故障 ，需要用加水機(jī)進(jìn)行補(bǔ)充冷卻液。需要的工具有

　　加水機(jī)一臺(tái)、10m長(zhǎng)插座一個(gè)。人員至少2名。特別是大少白山項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境寒冷因此采用冷卻液為低溫型：乙二醇：水：防腐劑=56.5：43：0.5

　　操作加水時(shí)應(yīng)該先將水冷柜的開(kāi)關(guān)打開(kāi)，同時(shí)打開(kāi)加水機(jī)的電源開(kāi)關(guān)，然后注視著水冷系統(tǒng)的壓力表，加水后的靜態(tài)壓力達(dá)到壓力值3.4bar,循環(huán)壓力達(dá)到壓力值2.5bar。

　　2 、解決變流器警告故障

　　由于我國(guó)北方冬天的氣候十分寒冷，最低溫度能達(dá)到近零下40攝氏度，導(dǎo)致變流柜體溫度低。分析報(bào)此故障原因有兩點(diǎn)，一、是經(jīng)常限電(限電時(shí)常有時(shí)近10幾個(gè)小時(shí))，導(dǎo)致機(jī)組在恢復(fù)運(yùn)行的時(shí)候頻繁報(bào)變流器警告故障，而報(bào)這個(gè)故障通常是由于循環(huán)冷卻液的溫度和變流柜柜體溫度達(dá)不到設(shè)定值導(dǎo)致的。這時(shí)就需要用循環(huán)泵循環(huán)進(jìn)行加熱，由三通閥通過(guò)改變路徑來(lái)控制內(nèi)外循環(huán)達(dá)到控制溫度的目的，具體動(dòng)作過(guò)程是當(dāng)水泵壓力使彈簧壓縮使通道打開(kāi)通道，當(dāng)撞塊直接動(dòng)閥桿頭部，使閥芯向下運(yùn)動(dòng)，封死外循環(huán)通道，內(nèi)循環(huán)通道打開(kāi)，當(dāng)閥桿不受力時(shí)候閥芯復(fù)位將封死內(nèi)循環(huán)通道，打開(kāi)外循環(huán)通道。正常情況下變流柜柜體加熱和冷卻水溫度上升需要2-3小時(shí)可以達(dá)到設(shè)定溫度。二、是當(dāng)三通閥損壞或者三通閥生銹卡死，冷卻液走外循環(huán)加熱器加熱不起來(lái)導(dǎo)致變流柜溫度達(dá)不到，溫度值變化不明顯，循環(huán)一直是外循環(huán)。此時(shí)解決的辦法通常是更換新的三通閥。

　　三、水冷系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

　　我國(guó)大多數(shù)風(fēng)電廠(chǎng)風(fēng)機(jī)數(shù)量較多，現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員給風(fēng)機(jī)補(bǔ)水次數(shù)比較頻繁。平均每月要給風(fēng)機(jī)進(jìn)行加水作業(yè)。由于風(fēng)電廠(chǎng)離生活區(qū)較遠(yuǎn)，車(chē)輛行走的路途也很遠(yuǎn)，這樣在無(wú)形當(dāng)中就增加了現(xiàn)場(chǎng)的維護(hù)費(fèi)用。下面簡(jiǎn)單介紹一下變流系統(tǒng)自動(dòng)補(bǔ)水裝置。原理解析如下：

　　1 當(dāng)水冷系統(tǒng)的壓力低于正常運(yùn)行壓力值時(shí)，注水泵開(kāi)始運(yùn)行，向水冷系統(tǒng)內(nèi)補(bǔ)水，直到系統(tǒng)壓力正常時(shí)，注水泵停止工作。

　　2 為防止水箱抽空，設(shè)有液位檢測(cè)裝置，與電控裝置系統(tǒng)互鎖，當(dāng)液位低于警戒值時(shí)，停止注水泵運(yùn)行，防止水泵空轉(zhuǎn)而燒毀電機(jī)。

　　3 水泵的出口設(shè)有單向的截止閥，防止水冷系統(tǒng)的水箱倒灌入水箱。

　　4 水箱為全封閉結(jié)構(gòu)，防止冷卻液與空氣接觸發(fā)生變質(zhì)。

　　5 水箱上部安裝有吸氣閥，當(dāng)水泵抽水的時(shí)候，水箱會(huì)出現(xiàn)負(fù)壓，此時(shí)吸氣閥打開(kāi)，保證水箱能夠處于常壓狀態(tài)。

　　6 蓄水罐出水口處安裝V型過(guò)濾器，防止雜質(zhì)進(jìn)入水冷系統(tǒng)。

　　四 、結(jié)束語(yǔ)

　　的水冷系統(tǒng)對(duì)水冷機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定十分重要，并且風(fēng)機(jī)運(yùn)行中水冷故障較多，如果在風(fēng)機(jī)上使用這種自動(dòng)補(bǔ)水裝置，只要在檢修和日常巡檢的時(shí)候把儲(chǔ)水罐加足夠的冷卻液就行，不僅減輕了維護(hù)人員的工作量還節(jié)約了成本，從長(zhǎng)遠(yuǎn)的利益上看還是一次技術(shù)與價(jià)值雙贏(yíng)的設(shè)計(jì)。

　　參考文獻(xiàn)：

　　1、《熱工理論與基礎(chǔ)》，中國(guó)電力出版社，2008.9

　　2、《1500KW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行維護(hù)手冊(cè)》，2007.7

　　3、《電控原理介紹金風(fēng)1500kw機(jī)組》