風(fēng)力發(fā)電機組主斷路器吸合失敗分析及處理

【摘要】隨著風(fēng)電行業(yè)的飛速發(fā)展，截至2021年底，全國并網(wǎng)風(fēng)電裝機3.28億千瓦，累計裝機超過17萬臺、4600多座風(fēng)電場站，隨著時間推移，將會有越來越多的風(fēng)電機組步入“老齡化”。本文對某風(fēng)電場機組變頻器主斷路器吸合失敗進行研究，對其原因和處理方法、預(yù)防措施進行詳細(xì)闡述，希望對類似問題能夠起到參考作用?！娟P(guān)鍵詞】框架斷路器分閘連桿合閘連桿分合閘線圈引言某風(fēng)電場風(fēng)力發(fā)電機組從最初投產(chǎn)至今已十年有余，隨著運行年限的增長，機組各部件的磨損不可避免，尤其是動作頻繁的機械結(jié)構(gòu)，在低溫、潤滑不良的環(huán)境下，問題頻發(fā)。本文以ABBSACEE3框架斷路器為例進行講解。1.SACEE3斷路器整體結(jié)構(gòu)圖斷路器外部結(jié)構(gòu)可看到的部件有電子脫扣器、手動分閘按鈕、手動合閘按鈕、手動彈簧儲能操作手柄、機械指示及合閘彈簧儲能指示（如圖1），該框斷的參數(shù)為Iu=2000A,Ue=690V,Icu=85kA,Ics=85kA（如圖2），配有24VDC合閘、欠壓線圈各一個，220~250AC/DC儲能電機一個。圖1：SACEE3斷路器2.各部件介紹2.1電子脫扣器ABB廠家Emax系列斷路器所能提供電子脫扣器有PR121/P、PR122/P及PR123/P三種，適用于交流系統(tǒng)，以PR121/P類型（如圖2）為例，此類具有完整的保護功能，寬廣的門限值電流范圍及脫扣時間的設(shè)定，適合各類交流電氣裝置的保護。圖2：PR121/P電子脫扣器框斷本體配置的保護功能有：過載保護(L)、瞬時短路保護(I)功能，無短路保護及接地保護。過載保護(L)：反時限長延時的過載保護(L)的特性為I2t=k；25個電流設(shè)定及8條曲線可供選擇，每條曲線均已標(biāo)明電流為3倍門限值電流時(I=3×I1)的脫扣時間(I1為設(shè)定門限)。瞬時短路保護(I)：保護功能(I)提供15個門限值電流，同時亦可設(shè)定將本功能關(guān)閉(將DIP開關(guān)置于“OFF”位置)。2.2斷路器內(nèi)部主要部件（如圖3）及功能介紹圖3：斷路器內(nèi)部結(jié)構(gòu)合閘線圈(YC)：合閘線圈主要用于通過搖控方式分?jǐn)嗷蜷]合斷路器：當(dāng)斷路器處于合閘狀態(tài)時，隨時可對斷路器進行分閘。斷路器需要閉合時，只有當(dāng)儲能彈簧處于儲能狀態(tài)時，才可以合閘。根據(jù)合閘線圈的類型既可由交流控制，也可由直流控制，可瞬時動作(瞬時動作的持續(xù)時間最少為100ms)，也可長時間給它供電。欠電壓脫扣器(YU)：欠電壓脫扣器（亦可稱為分閘線圈）在系統(tǒng)明顯降壓或停電時將斷路器斷開，可作為一個遙控裝置用來分閘或監(jiān)視系統(tǒng)一次側(cè)及二次側(cè)的回路電壓。欠電壓脫扣器控制電源可來自斷路器一次側(cè)或獨立的電源。斷路器閉合需在欠電壓脫扣器得電的情況下才能閉合。脫扣器工作狀態(tài)：在脫扣器電壓達(dá)到Un的35-70%時，斷路器分閘。在脫扣器電壓達(dá)到Un的85-110%時，斷路器合閘。過流脫扣器：過流脫扣器引起的脫扣可在操作機構(gòu)上指示(機械式)，也可遠(yuǎn)方指示(使用電氣觸頭)。若斷路器需要再次閉合，必須將此按鈕復(fù)位至正常位置。齒輪式電動機(M)：齒輪式電動機可自動對操作機構(gòu)的合閘彈簧儲能；當(dāng)斷路器合閘動作完畢，齒輪式電動機立即對合閘彈簧儲能（合閘彈簧也可以在維護時或無控制電源時手動儲能)。3.風(fēng)電場斷路器吸合失敗分析及處理某風(fēng)電場共有33臺1.5MWFreqcon風(fēng)冷機組，2021年1月-2022年6月主斷路器損壞5臺次（#19、#30、#5、#10、#29），除此之外還有6臺機組（#15、#20、#16、#28、#11、#4）頻報597（主斷路器吸合失?。┕收?。故障釋義為：有prechargefeedback反饋，同時正負(fù)母線電壓均大于420DCV，延時12s時刻，主控未收到網(wǎng)側(cè)斷路器吸合反饋，持續(xù)40ms，就地檢查發(fā)現(xiàn)斷路器處于儲能未合閘狀態(tài)（框斷本體復(fù)位按鈕未彈出）。3.1原因分析3.2現(xiàn)場檢查測試①現(xiàn)場啟機測試框斷合閘，發(fā)現(xiàn)監(jiān)控界面有prechargefeedback反饋，正負(fù)母線電壓均大于420DCV，同時合閘彈簧儲能，欠壓線圈先得電動作，合閘線圈后得電動作，但框斷未吸合，達(dá)到延時故障報出，可判斷出是因框斷未動作導(dǎo)致的故障，故障原因出自框斷本體。②斷開機組內(nèi)負(fù)載空開，將風(fēng)電機組箱式變壓器低壓側(cè)斷開，在框斷進出母排驗電，確保無電壓后拆開框斷外殼，初步檢查判斷內(nèi)部機械結(jié)構(gòu)未發(fā)現(xiàn)異常。③手動測試分合閘（彈簧儲能狀態(tài)下），一手將欠壓線圈上黑色壓塊按下并保持，一手按下綠色合閘按鈕，綠色按鈕按下無反應(yīng)，斷路器不吸合。④判斷未內(nèi)部機械機構(gòu)卡死導(dǎo)致此問題，于是決定對其進行更換，3人耗時半天，更換后機組恢復(fù)。3.3將損壞框架斷路器進行拆解a.拆開斷路器面板，斷路器在儲能狀態(tài)，將欠壓線圈與合閘線圈拆下，此時狀態(tài)（如圖4），分閘連桿返回彈簧1、2處于拉伸狀態(tài)。圖4b.此狀態(tài)下與正常機構(gòu)狀態(tài)（圖5）進行對比，發(fā)現(xiàn)斷路器無法吸合原因為分閘連桿連動曲軸位置異常，未回彈到位。圖5c.通過尋找發(fā)現(xiàn)分閘連桿未恢復(fù)到位的原因為：①分閘連桿（如圖6）1、3處轉(zhuǎn)軸存在卡澀，2處機械彈簧結(jié)構(gòu)未儲能或儲能完畢后未到位。圖6②分閘連桿（如圖7）1、2處彈簧由于長期處于拉伸狀態(tài)彈簧彈性勢能不足，致使分閘連桿無法復(fù)歸到位，從而分合閘連桿互鎖，無法合閘，拆下2處彈簧，發(fā)現(xiàn)彈簧已出現(xiàn)塑性變形。

圖7（左圖）

圖8（右圖）③彈簧彈性勢能分析彈性勢能公式為：

其中，k為彈性系數(shù)，x為形變量。注意：此公式中的x必須在彈簧的彈性限度內(nèi)。彈簧的彈性系數(shù)：k=F/λ＝Gd4/8D23＝Gd/8C3n其中：F為彈簧所受的載荷；λ為彈簧在受載荷F時所產(chǎn)生的變形；G為彈簧材料的切變模量；（鋼為8×104MPa，青銅為4×104MPa）d為彈簧絲直徑；D2為彈簧直徑；n為彈簧有效圈數(shù)；C為彈簧的旋繞比（又稱為彈簧指數(shù)）。彈簧性能變差有兩個方面：承彈力范圍之外的變形，會導(dǎo)致失去彈性。這個主要和受力大小有關(guān)。隨著時間在空氣中會慢慢發(fā)生氧化，被腐蝕。彈簧的材質(zhì)特性改變，從而使得彈性能力變?nèi)?。這里的工作時間主要影響的就是材質(zhì)的改變。④綜上，此問題的出現(xiàn)原因有：I.機械結(jié)構(gòu)潤滑不夠，導(dǎo)致連桿卡澀；II.環(huán)境溫度低，導(dǎo)致彈簧性能變差，彈簧回彈彈力不足，軸承稍有卡澀，就可導(dǎo)致連桿復(fù)歸不到位。4.預(yù)防及治理措施（1）保證機組的潤滑。斷路器儲能彈簧在釋能狀態(tài)下用化油器清潔劑清潔左、右防護板內(nèi)外側(cè)的三個軸承座（如圖9），止動軸承、止動塊、勾塊（圖10）上的除舊潤滑脂和臟物，并使用-40℃潤滑脂（reaseforEoperatingmech，紅色，0.5Kg），對所有運動機構(gòu)進行充分潤滑。圖9圖10（2）安裝自動加熱裝置。確保斷路器工作在可靠的環(huán)控溫度內(nèi)，避免機械結(jié)