風(fēng)力發(fā)電機常見的冷卻故障解析電機職稱論文發(fā)表

　　風(fēng)電機組在發(fā)電過程中一些器件如發(fā)電機、IGBT、濾波電容、變槳電機等都會產(chǎn)生熱量，其熱量大小取決于本身功率，熱量過高會影響器件的可靠性。為保證機組的正常運行，必須配置相應(yīng)的冷卻系統(tǒng)將多余的熱量帶走。當(dāng)今風(fēng)電技術(shù)發(fā)展迅速已由KW機組向MW機組轉(zhuǎn)變，更多電子器件體積越來越小，器件的功能要求越來越高，導(dǎo)致集成周圍的熱流密度越來越大，因此冷卻系統(tǒng)的作用更顯重要。本文將重點對變流冷卻系統(tǒng)做簡單的介紹，常見的冷卻故障解析處理以及簡單的優(yōu)化。

　　《微電機》(月刊)創(chuàng)刊于1972年，創(chuàng)刊于1972年，是由西安微電機研究所主辦的電工技術(shù)類核心期刊，是中國電器工業(yè)協(xié)會微電機分會、中國電工技術(shù)學(xué)會微特電機專委會會刊、機械工業(yè)微電機科技情報網(wǎng)網(wǎng)刊，已連續(xù)十年被列為中國科技論文統(tǒng)計源期刊，中國科技核心期刊，中文核心期刊。

　　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

　　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機組Freqcon變流器采用的是強迫風(fēng)冷主動溫控技術(shù)，其優(yōu)點為結(jié)構(gòu)簡單性價比高，缺點為散熱效率低，無法調(diào)節(jié)系統(tǒng)溫度。 水冷是指以冷卻液為冷卻介質(zhì),MW機組switch主動整流型變流器采用的是水冷主動溫控技術(shù)。其優(yōu)點為散熱效率高，缺點為結(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)動力源。例如用3kw電機拖動水泵工作，它正常工作過程中一直處于運行狀態(tài)。從而使管路中的水不斷地流動，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調(diào)節(jié)驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速來完成，當(dāng)功率大時可以利用變頻器控制電機快速旋轉(zhuǎn)，功率小時可以低速旋轉(zhuǎn)。可以避免電機長時間高速運轉(zhuǎn)所帶來的損失。

　　三通閥

　　三通閥是一個分流裝置。它的工作原理是通過感溫包膨脹和收縮來推動三通閥閥芯的位置移動，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，混合液只會從內(nèi)循環(huán)流過，而不會通過塔筒外散熱器，因為如果塔筒內(nèi)溫度足夠低的話，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，三通閥會逐漸打開，逐漸增大外循環(huán)的流量，一直到混合液溫度達(dá)到40℃時，混合液會全部經(jīng)過塔筒外散熱器循環(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)采用的是機械式三通閥，25度開啟三通閥，42度全部開啟。

　　儲壓罐

　　儲壓罐內(nèi)氮氣的靜壓力和管道中的靜壓力必須保持一定的平衡，使得系統(tǒng)停機的狀態(tài)下儲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，儲壓罐氣囊有足夠的空間來緩沖增高的壓力。當(dāng)系統(tǒng)壓力降低時，又有足夠的余地讓水位下降，而不至于無法緩沖管道中的低壓影響。如果不這么做，儲壓罐中的過高或過低，會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控制的。當(dāng)變流器有加熱請求的時候，電加熱器會開始加熱來調(diào)節(jié)變流器內(nèi)部元器件等溫度直到變流器加熱請求信號消失為止。另外當(dāng)系統(tǒng)水溫低于12℃的時候水冷系統(tǒng)也會自動開始加熱，直到水溫高于15 ℃的時候才停止加熱。另外，主控在就地控制的狀態(tài)下也可以強制水冷系統(tǒng)進(jìn)行加熱，作為調(diào)試或冬天低溫時系統(tǒng)啟動前的預(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)，用來檢測混合液溫度并根據(jù)此溫度通過電氣系統(tǒng)控制電加熱器的啟/停，控制水/風(fēng)冷卻裝置風(fēng)扇電機的啟/停。另外在變流器出口也設(shè)有一個銅熱電阻PT100，用來檢測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)放熱完成的是一個熱量轉(zhuǎn)移的過程。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，出來后返回循環(huán)泵或是經(jīng)過散熱片后返回循環(huán)泵進(jìn)行下一次循環(huán)。

　　3、變流器散熱參數(shù)

　　在變流過程中，由于損耗的存在，會有大量的熱量聚集，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,揚程32m,計算得出能夠滿足風(fēng)機水冷散熱的目的。

　　二、 常見的水冷系統(tǒng)的故障解析

　　(一)、 常見的水冷故障

　　大少白山項目用的是水冷系統(tǒng)，水冷系統(tǒng)比較穩(wěn)定，能夠保障機組的正常運行，但也會遇到一些故障，下面介紹一下常見的故障。

　　1 、進(jìn)閥壓力低

　　故障說明 ：進(jìn)閥壓力低于設(shè)定值;

　　故障時間 ：5s 故障設(shè)置值 0.9bar;

　　解釋說明：風(fēng)機檢測到水冷系統(tǒng)進(jìn)閥壓力持續(xù)5s 低于0.9bar，風(fēng)機立即報此故障。

　　2、 變流器警告故障

　　風(fēng)機發(fā)電過程中，主控制PLC接收到變流器發(fā)送的警告信號，風(fēng)機立即報此故障。

　　(二)、故障處理

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

　　加水機一臺、10m長插座一個。人員至少2名。特別是大少白山項目現(xiàn)場環(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

　　操作加水時應(yīng)該先將水冷柜的開關(guān)打開，同時打開加水機的電源開關(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。分析報此故障原因有兩點，一、是經(jīng)常限電(限電時常有時近10幾個小時)，導(dǎo)致機組在恢復(fù)運行的時候頻繁報變流器警告故障，而報這個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。這時就需要用循環(huán)泵循環(huán)進(jìn)行加熱，由三通閥通過改變路徑來控制內(nèi)外循環(huán)達(dá)到控制溫度的目的，具體動作過程是當(dāng)水泵壓力使彈簧壓縮使通道打開通道，當(dāng)撞塊直接動閥桿頭部，使閥芯向下運動，封死外循環(huán)通道，內(nèi)循環(huán)通道打開，當(dāng)閥桿不受力時候閥芯復(fù)位將封死內(nèi)循環(huán)通道，打開外循環(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

　　我國大多數(shù)風(fēng)電廠風(fēng)機數(shù)量較多，現(xiàn)場維護(hù)人員給風(fēng)機補水次數(shù)比較頻繁。平均每月要給風(fēng)機進(jìn)行加水作業(yè)。由于風(fēng)電廠離生活區(qū)較遠(yuǎn)，車輛行走的路途也很遠(yuǎn)，這樣在無形當(dāng)中就增加了現(xiàn)場的維護(hù)費用。下面簡單介紹一下變流系統(tǒng)自動補水裝置。原理解析如下：

　　1 當(dāng)水冷系統(tǒng)的壓力低于正常運行壓力值時，注水泵開始運行，向水冷系統(tǒng)內(nèi)補水，直到系統(tǒng)壓力正常時，注水泵停止工作。

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

　　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)水泵抽水的時候，水箱會出現(xiàn)負(fù)壓，此時吸氣閥打開，保證水箱能夠處于常壓狀態(tài)。

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

　　四 、結(jié)束語

　　的水冷系統(tǒng)對水冷機組運行穩(wěn)定十分重要，并且風(fēng)機運行中水冷故障較多，如果在風(fēng)機上使用這種自動補水裝置，只要在檢修和日常巡檢的時候把儲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，從長遠(yuǎn)的利益上看還是一次技術(shù)與價值雙贏的設(shè)計。

　　參考文獻(xiàn)：

　　1、《熱工理論與基礎(chǔ)》，中國電力出版社，2008.9

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

　　3、《電控原理介紹金風(fēng)1500kw機組》