颜 源，蔡江潮，李 刚

（中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550081）

1 概 述

国内某装机容量4.8 MW风电场，采用广东明阳2.0 MW机组，使用天津瑞能变频器厂家生产的2.0 MW高原I型双馈变频器。crowbar作为风力发电机变频器的重要组成部分，是电网电压跌落时抑制变流器过电流和转子绕组过电压的保护元件，分为有源与无源两种，该风电场采用的是有源crowbar[1]。自2014年投运以来，该风电场多台机组频繁发生变频器crowbar烧损故障，由于烧损crowbar元件无法修复，因备件原因给风电场造成较大发电量损失，并且crowbar元件更换成本较高，如出质保后问题得不到解决将给风电场造成近50万元/年维护成本。

2 故障发生过程及处理分析

该风电场于2014年10月完成24台风机并网发电，2016年全场机组频发crowbar元件损坏。据统计数据显示，当年风电场共发生约30次变频器类故障，其中crowbar元件损坏近10余次。由于该元件非易损元件，也非风机及变频器用户中的常见问题，由此引起了运维人员及厂家重视。通过整理对比出现损坏的crowbar机组的后台记录发现损坏现象存在许多共性[2]。以2016年3月的2次损坏为例，3月6日该风电场35 kV集电一线发生引流线断线，所带1#至12#风机受累停运，次日线路故障处理完毕恢复送电后所带风机中1#、3#、4#、7#、8#机组无法启机[3]，后台报机组变频器类故障，无法远程复位，当值人员与厂家立即赴现场调查处理。通过现场检查发现，机组无法启机的原因均为变频器crowbar损坏。同月27日，该风电场35 kV集电二线发生引流线断线故障，所带13#至24#风机受累停运，现场检查发现有6台风机无法启机，同为变频器crowbar损坏导致。两次crowbar损坏均出现在集电线路发生单相永久性故障时，此时电网电压跌落，网侧失电，机组进入低电压穿越。由于故障无法恢复，低电压穿越失败，后转子侧停机，报转子侧逆变器驱动故障。

由于两次故障出现时均发生在同类故障下，因此运维人员与厂家将损坏列为共性问题排查。通过对比损坏与未损坏crowbar机组的变流器记录发现，被烧损crowbar的机组在发生低穿时，部分机组主控程序曾出现关断crowbar瞬间出现的大电流的指令，造成其流过大电流损坏，并报驱动故障停机。进一步排查发现，未损坏机组采用的是较新版本主控程序，该程序中优化了低穿控制策略，并且增加了crowbar电流估算功能，避免大电流关断crowbar，造成元件损坏[4]。少量机组未烧损crowbar原因应为线路故障时各台风机网侧电压存在差异，变频器在开通关断crowbar指令时错开了尖峰电流，避免了crowbar因过流烧损，应为偶然现象[5]。

按照排查结果，风机厂家针对电网跌落、电网不平衡等方面对全场机组做程序升级改善，后续出现线路单相永久性故障时，crowbar元件未出现损坏。

2018年3月12日，该风电场再次出现多台风机crowbar元件损坏，损坏当日风电场发生35 kV集电二线动作跳闸，所带风机受累停运，线路故障处理完毕恢复送电时发现4台机组crowbar损坏。风电场运维人员与厂家按程序调阅了故障录波记录、机组主控记录及变频器记录。记录显示，集电二线跳闸原因为线路B、C相发生两相短路故障，110 kV B、C两相电压跌落至零。此后，调阅一台crowbar损坏机组变频器记录及主控记录，发现机组在出现电网异常状态时，按主控程序设置正确进入低穿模式，由于故障为永久性故障，低穿过程失败，机组正常执行保护停机，报文中出现有源crowbar模块驱动故障。图1为23#风机变频器记录。

图1 23#风机变频器记录

记录中可见机组进入故障穿越模式时检测到转子侧故障电流，crowbar依照原理进行能量泄放，低穿过程中转子转速为1 010转，对应转子开路反电动曲线，转子电压至少为700 V，此时crowbar会开通大约1 800 A的电流。当电网电压瞬间跌落时，变频器转速无法瞬间降至主控设置脱网转速970转，由此产生较大转速差，此时流过转子侧crowbar电流估算约为3 000 A以上，同时低转速下转子仍处于高电压状态[6]。通过进一步排查发现，当网侧断电后，crowbar 24 V供电出现异常。经查现场机组crowbar供电取自市电，由此造成当变频器断电后crowbar 24 V供电失效，即网侧发生三相永久性失电时crowbar掉电，导致其失控关断，较大关断电压造成crowbar内部IGBT模块损坏。

按照排查结果，厂家首先增加了变频器低穿功率计算方式，优化了低穿曲线。其次，修改了控制crowbar的交流接触器KM6线圈的取电回路，将接触器取电由市电改为UPS供电，保证在发生网侧失电时，crowbar 24 V控制电源不掉电，保证其正常工作。

3 结 论

该风电场crowbar损坏分别为主控程序不匹配及电路设计不符合运行要求导致，虽不是普遍问题，但也是机组运行过程中存在的隐患。后续风电场建设期间应增加对主控程序适应性及控制回路的检查，纳入采购合同范本。同时，做好验收工作，增加crowbar动作合闸接触器供电回路及主控程序的检查项目，避免同类问题再次发生。风力发电机组故障种类复杂，需解决的问题众多，为实现发电效益最大化，缩短机组停运时长，场内运维人员应不断加强自身技术能力，掌握风机的技术重点，防范故障于未然，保障风机安全稳定运行。