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风电运维 | 浅谈金风Switch变流器维护中存在的触电危险点及危险点来源

日期:2022-06-23    来源:风电后市场微平台  作者:黄烁 江波

国际风力发电网

2022
06/23
09:07
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关键词: 变流器系统 金风Switch变流器 变流器

摘   要:本文介绍了金风Switch变流器系统,简要分析了金风Switch变流器的机组在风机停电后仍存在触电危险,就带电来源和如何预防处理提出了自己的观点和看法,希望能对金风Switch变流器系统的维护有一定的帮助。

关键词:金风Switch变流系统;触电危险;变流系统维护

NO.1 Switch变流系统介绍

该变流器采用可控整流的方式把发电机发出的交流电整流为直流电,通过网侧逆变单元把直流电逆变为工频交流电馈入电网。其控制方式为分布式控制,即每个功率单元都能够独立的执行控制、保护、监测等功能,功率单元之间则通过现场总线连接。

如下图所示:1U1为网侧逆变功率模块,2U1和3U1为发电机侧整流功率模块,4U1为制动功率模块,3H1为预充电模块。

网侧逆变功率模块1U1的作用是将直流母线上的电能转换成为电网能够接受的形式并传送到电网上。而发电机侧整流功率模块2U1和3U1则是将发电机发出的电能转换成为直流电能传送到直流母线上。制动功率模块4U1则是在某种原因使得直流母线上的电能无法正常向电网传递或直流母线电压过高时,将多余的电能在电阻4R1和5R1上通过发热消耗掉,以避免直流母线电压过高造成器件的损坏。3H1模块的作用是在变流器工作之前,给直流母排进行预充电,因为直流母排上带有容量很大的电容器,若不预充电,则在闭合主断路器时会对系统造成很大的电流冲击。

NO.2 触电危险点

(1)人员进行金风1.5MW Switch变流器维护,拆卸Asic板时,通过万用表测量发现其外壳带电(下图英文翻译:危险!Asic板外壳与直流母线负极相连,直接接触可能导致触电、人身伤害或死亡。在接触任何金属外壳前,断开相关电源并对开关上锁);

(2)金风1.5MW Switch变流柜维护,断开箱变高、低压侧开关,加装接地线后,放电20min测量各母线电压发现:

直流正母对直流负母无电压;

直流正母对地有-100多伏电压;

直流负母对地有-100多伏电压;

(3)金风1.5MW发电机开关柜维护,叶轮锁定后测量发电机开关柜下口各交流母排电压发现:

三相交流母排相间测量无电压;

三相交流母排相对地测量有100多伏电压;

NO.3触电危险点分析

维护时发现风机已打维护、箱变高低压侧开关已断开且已加装接地线、变流器已静置20min后:1)变流器Asic板外壳对地带电;2)变流器直流母线对地带电;3)发电机开关柜下口交流母排对地带电。若不采取其它措施,这个电压会一直存在,在未分析出带电来源前不能贸然进行放电处理以防带电挂接地线。

对比禾望、金风Freqcon变流器发现:禾望、金风Freqcon在断电后放电15min母线对地之间都无电压,为什么金风Switch变流器放电20min后还有残余电压?

(1)分析比较三种变流器储能电路和放电回路存在的差异点

图1 禾望变流器简图

图2 Freqcon变流器简图

图3 Switch变流器简图

横向对比禾望、金风Freqcon、金风Switch三种变流器的储能回路和放电回路发现Switch变流器的储能回路多一个Yg接线的电容器组,分析可能是由于Switch变流器多配置一个Yg接线的电容器组,导致Switch变流器放电后其直流母线及交流母线对地仍存在电压。

结合Switch变流器接线图进行理论分析:

当风机网侧开关断开时因为非同期分闸(所有开关不可能做到绝对的同期分合闸)1C2的Yg电容接法会出现不平衡电压,1C2出现不平衡电压后,电压能到达正负直流母线(正负母线间无电压,对地有电压)及交流母排(交流母排间无电压、母排对地有电压),但无回路释放这个电压,其电压走向如下图:

NO.4利用仿真实验验证

利用MATLAB对Switch变流回路进行仿真,比较有无1C2(Yg接线的电容器组)时直流母线对地电压、交流母排对地电压的区别:

图4 Switch变流仿真图

(1)Switch变流系统无1C2时对其进行放电仿真(为了使仿真时间变短,改变放电回路的电阻此处将阻值改为0.01Ω,让直流母线急速放电)。

(3)1C2未投入时,从图5、图6、图7、图8可以看出变流器放电后直流母线正母对负母电压为0V,直流母线负母对地电压为0V,交流母线相间电压为0V,交流母线相对地电压为0V。

图5 直流母线正母对负母电压图(1C2未投入)

图6 直流母线负母对地电压图(1C2未投入)

图7 交流母线间电压图(1C2未投入)

图8 交流母线对地电压图(1C2未投入)

(4)如图9所示,当我们将1C2投入后进行仿真再次观察各处电压。

图9 Switch变流放电图(1C2投入)

(5)1C2投入后,从图9和图11可以看出放电后直流母线正母对负母电压为0V,交流母线相间电压为0V;但是从图10和图12、图13可以看出放电后直流母线负母对地电压为-200V,交流母线相对地电压为-200V。通过仿真实验对比分析后确定经过充分放电后因为有1C2(Yg接法的电容器)的存在会导致直流母线、交流母线对地依然存在较高的电压。

图10 直流母线正母对负母电压图(1C2投入)

图11 直流母线负母对地电压图(1C2投入)

图12 交流母线间电压图(1C2投入)

图13 交流母线对地电压图(1C2投入)

图14 1C2电容器(4.7μF)实物图

NO.5结论与建议

通过分析和仿真实验,我们发现当机组变流器存在Yg接线的电容器组时,通过常规的自然放电和在箱变低压侧加转接地线是不能消除系统对地电压的,人员如果不使用接地线将直流母排对地放电,在维护变流系统时容易发生人身触电的安全隐患。因此,建议员工在进行变流系统(特别是变流系统有Yg接线的电容器组时)维护前一定要对直流母排和交流母排进行对地放电处理(因为经过分析和实际检验此电压来源于Yg电容组的残余电荷可通过直接放电处理),验电时不能只是测量正对负的电压,必须测量设备对地的电压。

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