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濾波電阻的位置對濾波板溫度的影響
華富風(fēng)力發(fā)電有限公司 陳鴻鵬 2018/3/24 9:40:00
摘要：濾波板是風(fēng)力發(fā)電機中對變頻器水冷循環(huán)系統(tǒng)和濾波電阻散熱系統(tǒng)重要的一個裝置，又是風(fēng)力發(fā)電機組散熱系統(tǒng)中重要的組成部分。本文通過對濾波板溫度高、濾波電阻頻繁損壞、變頻器IGBT溫度高等故障機理分析的介紹，闡述了濾波板位置對濾波板溫度存在潛在的重要性。并從實際的工作過程、使用環(huán)境、更改位置等方面，研究如何解決因濾波電阻的位置不合理導(dǎo)致的備件損壞，提高風(fēng)電機組的穩(wěn)定性，延長濾波電阻和濾波板的使用壽命。
關(guān)鍵詞：濾波電阻 濾波板 溫度
1 引言
通過對50WM的華銳SL1500機組風(fēng)電場的故障數(shù)據(jù)分析，其中濾波板溫度高故障占9.52%，濾波電阻和變頻器IGBT溫度高導(dǎo)致的損壞和故障占21%，常導(dǎo)致風(fēng)電機組因此可靠性下降，維護成本增加，停機時間較長。濾波板溫度高、濾波電阻頻繁損壞、變頻器IGBT溫度高等故障，都與濾波板的位置存在本質(zhì)性聯(lián)系。
2 濾波電阻
濾波電阻用在風(fēng)力發(fā)電機的作用是過濾掉網(wǎng)側(cè)變頻器發(fā)出的電壓中存在的高次諧波，尤其是3次和5次諧波，保證電網(wǎng)的供電質(zhì)量； 各種電阻器具有各自的特點 、 性能 和 使用 場合 。 必須按照 廠家 規(guī)定的 電氣條件使用 它們 隨便亂用 , 肯定 要 出問題 。 濾波電阻 的 電氣 特性 主要包括阻值 額定 功率 誤差 溫度 系數(shù) 溫度 范圍 、 線性度 、 噪聲 、 頻率 特 性 穩(wěn)定性 等指標(biāo) 。 每 電阻都有一定 的額定功率 , 不同的電阻 溫度系數(shù)也不一樣 。 因此 , 系統(tǒng)設(shè)計者在設(shè)計電路時 , 必須根據(jù)多項 電氣 性能 的 要求 , 合理地選擇 電阻器，環(huán)境位置擺放也很重要。濾波電阻的額定工作條件是多方面的，其中包括電氣的電壓、電流、功耗、頻率等，機械的壓力、振動、沖擊及環(huán)境方面的溫度、濕度、腐蝕等。從系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計、熱設(shè)計來說要降低機械及環(huán)境工作參數(shù)。對于濾波電阻，通常使電阻工作在它的額定功率的0.1～0.6之間，其工作環(huán)境溫度在45℃以下。這樣的條件下，電阻保持較低的失效率。一般工作電壓選擇在小于其額定電壓的60%，環(huán)境溫度不要高于45℃。
3 濾波板
濾波板在風(fēng)電機組中的作用是作為濾波電阻的承載裝置，也是對濾波電阻散熱的唯一裝置，因并網(wǎng)柜內(nèi)空間有限，濾波板的大小尺寸也受到限制，為了增加熱片面積，外形設(shè)計為長方體扁平狀，濾波電阻是用兩個螺絲固定在濾波板上面的，濾波電阻底部金屬板與濾波板金屬表面通過涂抹硅膠相接觸。
4 工作過程
風(fēng)力發(fā)電機組在長時間滿負(fù)荷發(fā)電過程中，網(wǎng)側(cè)變頻器側(cè)電流達到最大值，根據(jù)焦耳定律：Q=(U^2/R)t，電阻產(chǎn)生的熱量也達到峰值；濾波電阻采用的連接方式是單相并聯(lián)兩個0.5R的電阻，排布方式是相鄰的方式，這樣的布局導(dǎo)致了三相共計6個濾波電阻過于集中，在風(fēng)電機組低負(fù)荷發(fā)電狀態(tài)下，濾波電阻產(chǎn)生的熱量可以通過底部金屬板傳遞到濾波板上面，濾波板內(nèi)流過的防凍液帶走金屬板傳遞的熱量；但是隨著風(fēng)速的加大，當(dāng)發(fā)電機到達1500轉(zhuǎn)/分以上時，風(fēng)電機組發(fā)電機轉(zhuǎn)子開始發(fā)電，網(wǎng)側(cè)變頻器接收到機側(cè)變頻器的電流，高次諧波開始增加，而作為網(wǎng)側(cè)變頻器重要的濾波回路；濾波電阻產(chǎn)生的熱量逐步升高，由于濾波板的尺寸有限，濾波電阻的排列又相對過于集中，濾波電阻產(chǎn)生的熱量無法完全被濾波板內(nèi)的防凍液帶走，熱量動態(tài)平衡被打破；隨著濾波板的溫度逐步上升，濾波電阻溫度也在升高，失效率升高，最終導(dǎo)致濾波電阻損壞或者炸毀，繼而引發(fā)因濾波電阻上的連接線接地，網(wǎng)側(cè)主接觸器觸點因接地電流過大發(fā)生粘黏，網(wǎng)側(cè)回路主保險燒毀和網(wǎng)側(cè)變頻器IGBT擊穿，損失較大；根據(jù)濾波板上除了排列的網(wǎng)側(cè)濾波回路的6個電阻外，下方還排列了8個機側(cè)濾波電阻，經(jīng)過多次用測溫裝置測量發(fā)現(xiàn)機側(cè)濾波電阻即使在滿負(fù)荷下溫度未到40度；解決網(wǎng)側(cè)濾波電阻因排布集中導(dǎo)致溫度高問題，可通過將濾波電阻的B相（中間部分）拆下與放置在最底部機側(cè)濾波電阻的位置進行互換。
5 結(jié)論
根據(jù)風(fēng)電機組的故障，進行數(shù)據(jù)分析和電器元件的工作特性，結(jié)合工作的實際情況，改變?yōu)V波電阻在濾波板上的布局，經(jīng)過近幾個月的觀察數(shù)據(jù)，在未出現(xiàn)過類似濾波板溫度高、濾波電阻頻繁損壞、變頻器IGBT溫度高損壞等故障。
參考文獻：
【1】霍志紅，鄭源，左潞，張德虎.風(fēng)力發(fā)電機組控制技術(shù)[J].中國水利水電2010,(05)
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