一、引言
某风电场项目容量299.5MW，其中安装66台某型机双馈异步风力发电组，该项目于2010年4月份投产，2015年1月份出质保。66台机组统一配备某品牌变频器，变频器采用IGBT器件构成PWM方式完成整流—逆变作用，为双馈发电机组提供励磁电源，目前该变频器已运行11年之久。
二、事件经过
（一）事件现象
自2019年10月起，风电场66台某型风机频繁报出变频器故障，通过对历史数据挖掘分析，主要故障为：网侧未准备好故障、主接触器闭合超时故障、主接触器异常断开故障、并网接触器异常断开故障、主断路器闭合失败故障。现场运维人员检查后，初步分析自然环境恶劣，风沙大、柳絮多，接触器内有异物，导致接触器动作不灵敏卡涩，只要对接触器进行清理后可以解决此问题，但实际情况事与愿违，变频器运行一段时间后还是报出相同的故障。
三、原因分析及处理过程
（一）故障名称：网侧未准备好故障
触发条件：来自变频器电源模块提供的24VDC，串联一系列的辅助断路器，变频系统正常时，辅助点都处于闭合状态，当串联中任一个辅助点处于断开状，I/O扩展板的P22B.12由高电平变为低电平时，触发此故障。
处理过程：控制柜-K052K4继电器发光二极管熄灭，同时断路器-E012Q4或E013Q2断开，判断为变频器散热风扇电机回路过流，导致该断路器断开，使用万用表测量风扇电机三相绕组电阻平衡、对地绝缘为无穷大，电机正常，但检查主回路控制接触器-K116K1或-K016K4时，接触有接触不良，打火痕迹，动作卡涩，更换接触器后，故障消除。
图1 网测未准备好控制检测回路
（二）故障名称：主接触器闭合超时故障
触发条件：网侧检测板N-P1A的7触点或I/O扩展板P22B8触点在规定的时间范围内未收到高电平信号，触发此故障。
处理过程：对变频器静态单步调试，闭合断路器正常，充电充到850VDC左右时，充电控制接触器与主接触器切换，主回路进行整流过程中，但主接触器闭合的控制接触器-K016K5闭合接触不良，导致供电230VAc不正常，导致在规定时间内主接触器-E014k4未闭合，更换接触器-K016K5后，故障消除。
图2 主接触器闭合控制及反馈回路
（三）故障名称：主接触器异常断开故障
触发条件：变频器在运行过程中，网侧检测板N-P1A 的7 触点或I/O 扩展板P22B8触点由高电平变为低电平时，触发此故障。
处理过程：检查主接触器-E014K4的辅助反馈点触点及端子排接线正常，并且无松动现象，但检查主回路控制接触器-K016K5有打火痕迹，更换接触器后，故障消除。
图3 主接触器异常断开反馈回路
（四）故障名称：并网接触器异常断开故障
触发条件：变频器在运行过程中，I/O扩展板P23B.15触点由高电平变为低电平时，触发此故障。
处理过程：检查并网接触器器-E007K2的辅助反馈点触点及端子排接线正常，并且无松动现象，但检查主回路控制接触器-E009K6有打火痕迹，更换接触器后，故障消除。
图4 并网接触器异常断开反馈回路
（五）故障名称：主断路器闭合失败故障
触发条件：变频器在闭合断路器过程中，I/O扩展板P23B.9触点未收到高电平时，触发此故障。
处理过程1：对变频器静态单步调试，主断路器储能正常，手动闭合断路器时，控制闭合线圈的接触器-K116K5吸合不正常，导致主断路器合闸无法闭合，更换接触器器后，故障排除。
处理过程2：发现主断路器储能指示器未储能，必须采用人为对储能器储能，主断路器才能正常闭合，检查主断路器储能线圈控制接触器时，发现接触器有打火痕迹，导致主断路储能线圈不正常供电，更换接触器后，故障排除。
案例中通过对以上故障处理，判断为接触器本身问题，导致变频器故障的触发，对更换下的接触器进行拆解分析，发现接触器内部动、静触点，严重电腐蚀，导致接触器闭合时，接触电阻过大，主回路过流，不能正常工作，拆解后的接触器触点如下：
（三）失效原因
变频器内小容量接触器失效影响因素有很多，如长期频繁动作，触头表面氧化；触头电弧烧蚀造成缺陷、毛刺或形成金属屑颗粒；弹簧压力不足，造成接触器吸合不正常；弹簧的反作用力过大，造成吸合缓慢；动静铁芯间的间隙过大，造成接触器吸合不正常；长期频繁碰撞，铁芯板面不平整，以上原因加上特殊的运行工况均可提前达到接触器实际运行寿命，接触器机械寿命和电寿命是评价接触器性能好坏的主要指标，本案中变频器内小容量接触器随着动作次数的不断增加，动静触头表面氧化、烧伤严重、动作不灵敏，因电应力和机械应力引起的触头质量损耗不断累积，机械和电气性能不断退化，最终引起小容量接触器批量失效。
四、措施及效果
通过技术经济评估后，风电场采购某型接触器对66台风机，共计528个频繁动作的小容量接触器进行了批量替换，更换后，为及时评估改造后的效果，对同期变频器故障报警次数进行对比，验证更换后的效果，效果明显，以上几类故障从根本上根治。
五、总结
变频系统在风电机组运行过程中起着重要的作用，尤其是老旧机组变频器故障占比尤为突出，通过本案例变频器故障分析，根本原因为小容量接触器批量失效，我国老旧机组运行年限久远，加上恶劣的运行工况，一些用在特定位置的小容量接触器提前达到了的实际运行寿命，小容量接触器经济价值并不高，但因此导致故障停机带来的电量损失、人工成本巨大。目前我国风电机组中对电磁接触器缺乏有效的测试与评估方法，导致接触器的可靠性状态信息未知，给风机安全经济运行带来了挑战，针对这一问题，首先应对风电机组中电磁接触器的失效机理进行分析，进而提出一种接触器可靠性评估方法。通过接触器有限元及动力学仿真模型的分析，推导超程时间的退化模型，进而得到接触器剩余寿命的预测模型。进而提前掌握风机上接触器的实际运行寿命，为预防性检修维护提供数据支撑。保障风机全寿命产生的最大经济价值。
