苗宝平，杨 博

（中广核新能源控股有限公司内蒙古分公司，内蒙古 呼和浩特 010000）

风力发电机组三相电流不平衡故障分析

苗宝平，杨 博

（中广核新能源控股有限公司内蒙古分公司，内蒙古 呼和浩特 010000）

中广核苏尼特右旗风电场多台风力发电机机组频繁出现三相电流不平衡故障，通过对故障的分析和排查故障点过程的详细说明希望可以给其他风电场进行参考。

风力发电机；发电机；三相电流；不平衡

1 背景说明

中广核苏尼特右旗风电场使用50台北重FD80-2000型风力发电机组，2009年投产，在最近的几个月时间内多台风机出现三相电流不平衡报警问题，导致频繁停机；经过调去后台数据分析后，该故障多发生在低风速阶段，也有个别风机在高风速阶段也出现不平衡。当发生三相电流不平衡是会给机组、箱变、电网带来极大的危害。

2 三相电流不平衡懂的危害

（1）可能造成烧断线路、烧毁开关设备的严重后果：不平衡时重负荷相电流过大（增为3倍），超载过多。由于发热量Q＝0.24I2Rt，电流增为3倍，则发热量增为9倍，可能造成该相导线温度直线上升，以致烧断。且由于中性线导线截面一般应是相线截面的50%，但在选择时，有的往往偏小，加上接头质量不好，使导线电阻增大。中性线烧断的几率更高。在配电屏上，造成开关重负荷相烧坏、接触器重负荷相烧坏，因而整机损坏等严重后果。

（2）在三相负荷不平衡运行下的变压器，必然会产生零序电流，而变压器内部零序电流的存在，会在铁芯中产生零序磁通，这些零序磁通就会在变压器的油箱壁或其他金属构件中构成回路。但配电变压器设计时不考虑这些金属构件为导磁部件，则由此引起的磁滞和涡流损耗使这些部件发热，致使变压器局部金属件温度异常升高，严重时将导致变压器运行事故。

（3）增加高压线路跳闸次数、降低开关设备使用寿命：我们知道高压线路过流故障占相当比例，其原因是电流过大。低压电网三相负荷不平衡可能引起高压某相电流过大，从而引起高压线路过流跳闸停电，引发大面积停电事故，同时变电站的开关设备频繁跳闸将降低使用寿命。

3 三相电流不平衡可能的原因

（1）计量出错的排除。三相电流的计量通过三个CT（2500A/5A），穿入woodward计量模块，然后通过CANBus协议传给风机主控，由主控对三相电流进行比较判断，当三相偏差超过预设值（95A）时，故障报警，停机，在这部分，可能的故障点是woodward模块和CT。排除的方法是使用大电流的钳型电流表（或者电网分析仪）对电流值进行测量，并将结果与风机控制系统显示值对比，是否存在误差，如果存在误差，则首先更换Woodward模块，再对比。如果依然存在偏差，则判断CT不准确的可能性大。检查电流互感器时还要注意变频系统控制逻辑，北重FD80-2000型机组定子侧电流互感器为两相安装测量，另一相通过变频系统本身根据安装电流互感器的两相采集数据进行第三相电流计算，如果两个电流互感器其中一个测量不精确后会导致三相电流均出现偏差。

（2）回路中出现负载不平衡（不少于15个可能源头）》根据图纸进行逐一排查，风力发电机组的发电回路一般会比较长，由于回路中设计元件较多首先检查谐波滤波回路，当风力发电机组运行启动时变频器进行充电、励磁时谐波滤波回路接触器便会动作，而机组遇到低风速时便会频繁脱网并网，导致谐波滤波回路接触器频繁动作损坏概率变大。检查滤波滤波接触器，查看触头发现灼伤现象严重，分析由于使用时间久，动作频繁，导致触头吸合不牢靠，其中一相或者两相接触不牢靠，无法正常滤波会出现电流偏高，成为影响三相电流不平衡原因之一。检查定子并网接触器和并网断路器回路触点接触电阻，使用直流电桥，检查并网断路器的接触电（手动储能与合闸），并网断路器内动静触头 同样频繁动作，使用到达寿命后机械机构还可以正常工作，而触头损坏严重时接触不良也会导致某相接触不良，接触电阻增高，成为影响三相电流不平衡原因。

图1 发电机测试仪ALLTest检查

图2 发电机直流电阻相间阻值

检查变频柜的加热与预充电回路的电阻平衡性和开关触点：在E010Q3的下口2、4、6和K016K3上口之间测量预充电电阻的平衡性；在E010Q3的2、4、6和K116K3之间的电阻平衡性，测量加热电阻的平衡性；检查接触器K016K3和K116K3触点的可靠性变频器发电机侧Du/dt滤波器的RC回路检查在converteam变频器的机侧，在变频电流进入发电机之前，并入了一组RC滤波器，检查该部分RC滤波器的平衡性。检查发电机定、转子接线盒内的接线端子力矩的均匀性；检查发电机定转子直流电阻值的平衡性；检查发电机转子滑环碳刷的磨损情况、碳刷的一致性。如图1、图2所示。

谐波滤波器的检查，测量电容的平衡性：大电容的容值为496uF左右，小电容的容值在20左右；和小电容连接的电阻值是32KΩ；3组大电容和3组小电容，当某一组电容损坏后无法正常工作。

当风力发电机组内部所有可能导致三相电流不平衡产生的原件检查完毕后，需要对箱变进行检查，主要检查低压测断路器动静触头接触电阻，高压测绕组相见电阻。

4 结语

工欲善其事必先利其器为了故障的排查，工具的必须完备。需要配备一下工具：万用表Fluke179或者类似产品，可以测量电容，电阻等；直流电桥：QJ84直流电桥，用于测量精密电阻；建议配备发电机测试仪ALLTest IV Pro或者类似产品，用于检查发电机的健康状态。风力发电机组发生三相电流不平衡后会带来比较严重的后果，所以在检查中应该细致从图纸中分析每一个元器件。一般小电阻电容的会被忽视，因为小电阻电容损坏后对整机电流影响比较微弱，但长时间不健康运行会损坏其他元器件，在日常运行中需要多观察数据情况，机组例行巡检时也应多测量易损元器件，降低故障发生几率。

[1]何显富.风力机设计、制造与运行[M].北京.化学工业出版社，2009.

[2]廖明夫.风力发电技术[M].西安：西北工业大学出版社，2009.

苗宝平（1982-），男，内蒙古人，大学本科，工程师，主要研究方向：自动化。