摘要：近年来，我国对电能的需求不断增加，风电机组建设越来越多。变频器是现代风力发电机的主要部件之一，设备运行中，变频器故障比较常见，日常运行、维护工作量也比较大，变频器内防雷器有缺陷，不报警，测试不出来比较少见，把分析、处理过程写出来，为出现类似故障的设备提供一些参考。本文首先分析了变频器故障与可靠性研究现状，其次探讨了变频器可靠性，最后基于故障树分析法分析，以供参考。

关键词：变频器；故障树；故障仿真

引言

与陆上风电相比，海上风电不仅资源丰富，还具有对环境的负面影响较小、发电利用小时数高、风电机组距离海岸较远、视觉和噪声干扰小、不占用土地资源、机组易大型化发展、风电场易规模化开发等优点。另外，海上风电场一般靠近传统电力负荷中心，电网消纳问题易于解决，很大程度上减少了长距离输电问题。然而海上风电机组的运行维护成本较高，合理的运维已成为海上风电规模化建设以及实现全生命周期盈利的重要保障。

1变频器故障与可靠性研究现状

变频器故障研究很多集中于故障诊断。故障诊断技术应用于多个领域，具有重要意义，主要发展于20世纪中期，利用诊断系统对各种状态信息和知识进行综合处理，进而综合评价出系统运行和故障状态。变频器故障诊断技术是通过多种方式分析变频器的运行状态，诊断各个故障类型及原因，对未来可能发生的状况进行预测，制定相关对策。变频器可靠性研究目前相对较少，针对变频器的可靠性采用一种基于RBD的方法，从设计选型以及运行过程分别进行可靠性分析，提出分析变频器可靠性的方法。

2变频器可靠性研究

2.1故障诊断基本流程

本文设计的经过优化的组合神经网络故障诊断的基本思路是：①根据实际情况，建立级联式变频器仿真模型，采集所需数据并实时进行存储。②特征提取：对采集数据进行数据分析，利用模型及小波包测算出信号的歪度值并提取其障特征值，并利用歪度值、故障特征构造特征向量，将其作为我们优化的组合神经网络故障诊断的输入样本。③利用模型对输入样本进行训练，根据训练结果利用遗传算法优化网络的权值、阈值，通过多种途径获取最优的网络权值和阈值，直到训练误差达到预期设定精度目标。④利用优化的组合神经网络对训练好的样本进行估值诊断，分析网络输出值并判断属于哪种估值类型。

2.2在铜排断裂初期，故障并未迅速扩大，对正常并网发电的影响不大

在低风速时，机组发电功率低，定子电流小，甚至小于单根定子电缆的承载电流，此时，铜排断裂并不会影响正常发电。一方面，随着机组运行时间的增加，铜排断裂逐渐扩大，直至完全断裂，增加了电阻值；另一方面，当发电功率超过承载能力时，铜排断裂处发热增多，接触面还会因发热进一步氧化，致使电阻增大，导电性能减弱，导致铜排断裂处和连接螺栓烧熔，单根电缆承载的功率过大，电缆绝缘胶皮熔化和碳化，甚至还会出现打火。因故障机组变频器的保护电路设计较为完善，当铜排断裂处出现打火时，会引发变频器报“过流”停机，直接导致变频器断路器“瞬间”断开。主控报“变频器故障”停机，使机组和变频器得到保护。在机组停机后，随着导电轨接线箱内打火停止，变频器故障产生的原因消除，机组又能复位并网。

2.3海上风电机组电气设备状态评价体系

基于电气设备的状态评价技术缺乏统一的标准。目前海上风电电气设备状态评价更多的依靠专家系统、故障模式与历史故障数据、评价模型等方式给予设备健康程度评价，对专家、设备历史数据以及模型的准确度均有较高的要求，且普适性较差。行业内缺乏可执行度高的统一标准指导工作，并未形成完善的评价标准体系。未来运维人员以及研究学者们应着重致力于开展此方面研究工作，结合海上风电场历史运行数据、维护数据等，建立部件-系统-整机的完善评价标准体系。完善的评价标准体系将成为成功推行海上风电机组状态检修的重中之重。

2.4风电机组叶轮需进行对风偏航

塔筒处于相对静止状态，因此，在机舱与塔筒之间机组所有的动力电缆以及控制电缆都需要一段专门用于偏航绞缆，这段电缆呈“U”型，俗称“U型电缆”。从发电机定子接线箱接出的定子电缆经机舱向下通过U型电缆，绕过第三节塔筒上的马鞍钢支架与固定在该节塔筒上的定子接线箱连接。因U型电缆长度长，重量大，马鞍钢支架承受着巨大的电缆拉力，定子电缆必须用钢扎带在马鞍钢支架上固定之后，才能与定子接线箱的上端连接。定子接线箱下端与塔筒内的定子导电轨（在塔筒内部全部采用长度为3m的定子导电轨）连接，直至塔基的定子接线箱，然后再与塔基变频器处的定子电缆连接。导电轨之间的固定螺栓必须严格地按照工艺要求打力矩，以保证导电轨之间充分接触和良好导电。

2.5海上风电机组电气设备检修工作应用

基于电气设备的状态检修工作缺乏实际应用。目前大多数研究工作重点关注状态监测，状态评价以及维修决策。虽然已有对检修实施以及检修流程优化的研究，然而大部分仍然停留在模型研究与部分优化阶段。状态检修工作最终必然是设备的检修以及跟踪反馈，实际检修工作面临的作业环境与边界条件远比优化模型复杂，如何根据实际问题改进、调整检修实施模型，使其更加符合现场作业要求将成为专家学者们研究的核心问题之一。

3基于故障树分析法

故障树分析法多用于安全系统，在研究对电话拨号器自动控制系统时，首次提出这一方法，广泛应用于事故原因分析及风险评估。作为一个结构为树形图的故障树，其节点间有一定的逻辑关系，由底至上分别为底事件、中间事件和顶事件。搭建故障树时，起始于底部，写出上下层之间的逻辑关系，结合逻辑运算算法进行分析，删除冗余事件，形成完整的故障树。对变频器进行可靠性分析：可靠性指标包含失效率、变频器可靠度和平均无故障时间等。如果部件保养良好，变频器的使用寿命可达15年，一般可达10年。提出如果工作环境良好，通常情况下一台变频器使用寿命可以达到8～10年，但若所处的环境极差或误操作变频器，会缩短其使用寿命，甚至可能降至1～3年。引入故障树分析法对风电机组变频器进行可靠性分析十分重要，为变频器检修计划的制订与安排提供了依据与方法。

结语

综上所述，对故障进行分析与仿真，分级分析变频器故障，将基于故障树和T-S模糊故障树的可靠性分析方法引入变频器。由变频器故障树结合可靠性分析理论得出变频器的可靠性指标结果和变频器检修周期，同时，根据变频器各部件的不同失效率和重要度，制订出变频器的合理检修计划。当变频器历史数据采集不足时，引入模糊数的概念，根据T-S模糊故障树计算变频器整体多状态故障的模糊可能性，弥补了传统故障树的一些不足，为变频器的可靠性分析提供了新的依据，对风电机组的稳定运行具有重要意义。应加强对定子接线箱接线铜排两端绝缘固定支撑的检查，确保接线铜排良好地固定在绝缘支撑上；对现场机组所报故障应寻根究底，不放过任何一个故障细节，以免留下潜在故障和埋下安全隐患。

参考文献

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