风电变流器的预防性维护检测技术

1 劣化因素分析

风电机组运维过程中的故障统计数据分析表明，造成风电变流器劣化的主要因素可以归结为以下几方面：

1）电气因素

因风电机组故障或超发引起的变流器过电流造成其内部导体和绝缘材料局部过热老化；过负荷分合断路器和接触器时因电弧火花造成的触头氧化及接头烧蚀；因操作过电压、雷电过电压造成绝缘强度下降；因绝缘材料局部放电造成的单点破坏逐渐扩大，导致整体绝缘的全面劣化。

2）机械因素

长期高电压大电流工况下因高频次分合断路器和接触器等造成的触头磨损、弹簧疲劳及线圈老化；因变流器本身或受外部的机械应力造成的螺栓松动及接触不良甚至器件磨损变形；因风电机组长期运行过程中难以避免的振动、冲击等反复作用造成的疲劳劣化。

3）发热因素

因过负荷、短路电流、高频电流引起变流器内部器件的膨胀、收缩、变形、松弛从而造成接头松动、弹性失效、密封不良等；因温升过高使绝缘材料热分解、氧化等化学变化造成绝缘性能降低；因过负荷、内部短路以及操作电气开关时产生的电弧造成部分材料变形甚至烧蚀。

4）环境因素

风电变流器所处环境相对恶劣，因高温发热、盐雾潮湿、灰尘油污以及紫外线辐射等都无法估计，造成其内部接头部位接触不良、器件连接点氧化腐蚀以及绝缘材料变质老化；因老鼠、白蚁等小动物咬坏电缆、浸水等造成的破损。

2 风电变流器的预防性维护检测

目前，行业内对风电变流器的状态监测尚无明确的具体规定和参考数据，通常都是在运维过程中以变流器供应商根据自身设备特点提供的设备参数为基础，结合风电机组的运行环境和运行工况来制定定期检修方案。

然而，在实际的风电运维过程中，这种定检模式很难及时发现尚未呈现失效状态的故障征兆，并且还容易造成维护不足或过度维修。因此，为了提前排除故障隐患，减少故障停机损失，降低维修费用并提高设备的有效利用率，有必要在定期检修的基础上开展风电变流器的预防性维护检测，以确保风电机组的安全稳定与经济运行。

2.1 预防性维护原理

从上面的分析可以看出风电变流器的劣化失效大部分表现为绝缘材料的破损击穿与老化变质以及导体材料的氧化腐蚀与磨损变形，这些劣化状态基本都随着时间的积累而不断加剧，直至醉后的功能失效。

由此，风电变流器中这些有慢性耗损特征的内部器件，其功能性故障通常不会在一瞬间发生，而是有一个相对长期的渐变发展过程，如果在其逐渐劣化的演化过程中能够发现其中可识别的状态量，在其出现真正的功能故障之前用以表征潜在故障正处在萌芽状态或正在劣化过程中，则可以开展预防性维护来提前排查故障。

图3 预防性维护示意图

通常情况下，风电变流器的设计寿命为30年，并满足不少于20年的使用寿命，但由于其应用环境普遍恶劣、运行工况相对多变且内部器件性能各异，往往会造成部分器件偏离设计之初的自然劣化曲线。当器件出现潜在故障时，虽然功能状态有所下降，但考虑到电气设计时通常具备一定安全裕量，只要器件的主体功能与安全参数仍然达标，就可以继续正常使用。

具体以图3来说明：ADF为自然劣化曲线，ABCE为异常劣化曲线，A点为器件劣化发生的初始点，B点为能够检测到器件劣化的定损点，C点为器件需要及时维修保养的准故障点，D点为器件维修保养后的恢复点，T为状态监测的时间间隔。

在器件出现潜在故障时会在A点开始偏离ADF曲线，并沿着ABCE曲线进入功能下滑状态，如果没能在BC段及时检测发现并成功修复，则会错过醉佳止损点，并且在C点之后器件劣化速度加快，直至功能失效从而引发变流器故障，严重时甚至带来致命性的电气事故。

如果通过有效的状态监测，能够在BC段及时检测出该潜在故障并成功修复，则能够有效避免功能性故障及其后果，从而实现预防性维护。