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          風電運維 | 風電場風冷SVG設備運行穩定性綜合提升方案

          2022-12-21 來源:《風能產業》2022.09作者:王正川 瀏覽數:681

          為應對全球氣候變化,減少溫室氣體的排放,風力發電等新能源發電產業得到了高速發展,裝機容量爆發式增長。風資源屬于清潔的可再生能源,取之不盡用之不竭,同樣也具有非線性、間歇性等不確定性特點,這就導致風力發電機組的輸出功率是波動的,隨之帶來的是風電場并網點功率因數和電能質量不合格、電壓偏差和波動等問題。

            【摘要】為解決風冷SVG設備運行過程中因組件凝露、積灰等原因而頻繁停機跳閘的問題,保障電場安全穩定運行,避免電網考核,通過風道改造、鏈接單元板件涂裝等技術手段,降低風冷SVG設備室負壓情況、增加設備絕緣等級,從而提升設備運行穩定性。
            
            【關鍵詞】風道改造  板件涂裝  功率柜
            
            1、引言
            
            為應對全球氣候變化,減少溫室氣體的排放,風力發電等新能源發電產業得到了高速發展,裝機容量爆發式增長。風資源屬于清潔的可再生能源,取之不盡用之不竭,同樣也具有非線性、間歇性等不確定性特點,這就導致風力發電機組的輸出功率是波動的,隨之帶來的是風電場并網點功率因數和電能質量不合格、電壓偏差和波動等問題。
            
            為解決以上問題,具備自動電壓調節能力的無功補償裝置(即SVG)應運而生。SVG在風力發電方面運用廣泛,SVG 是連接在電網上的電壓源逆變器,可以等效為幅值和相位均可控制的、與電網同頻率的交流電壓源,通過實時調節逆變器輸出電壓的相位和幅值,可改變電路吸收或發出的無功電流,實現動態無功補償。這種方法大大提高了電廠的發電效率,節省了很多不必要的損耗。
            
            目前的SVG的冷卻系統主要分為是風冷循環和水冷循環兩種,因水冷循環技術起步晚、價格高的特點,水冷循環系統的應用遠滯后于風冷循環系統,目前風冷的SVG設備占比超七成。風冷循環系統控制方法比較簡單,通過直接控制大功率散熱風機啟停,將鏈接單元所產生的溫度通過風道抽出,實現對鏈節單元的降溫。該系統雖具有結構簡單、價格便宜的優點,但缺點同樣突出,因風道直排室外,設備室出風量遠大于進風量,SVG設備室在設備運行期間呈現出嚴重的負壓情況,晴天灰塵大、雨天潮氣大成為風冷SVG設備室的一大特點,大量灰塵、水汽附著在SVG功率柜內器件上,導致器件間絕緣等級降低,時常出現鏈接電壓不平衡、鏈接單元及其板卡元件擊穿的情況。
            
            2、SVG設備運行現狀
            
            寧夏回族自治區地處中國內陸,屬溫帶大陸性干旱、半干旱氣候,日照充足,蒸發強烈,晝夜溫差大,四季多沙塵,春末夏初多凝露。
            
            以寧夏區域第一批改造的2套風冷SVG系統為例。每套SVG系統由1臺連接變、一個啟動柜、1個控制柜和6個功率柜組成,其中每個功率柜均設置大功率散熱風扇1臺,散熱風扇通過風道與排風系統連接,將柜內熱量排至室外。
            
            根據電場運規要求SVG設備室防火門需在常閉狀態,室內空氣被SVG散熱風扇大量排至室外,出風量大于進風量,設備室在SVG設備運行狀態下出現負壓情況,且設備室窗戶因防塵需求加裝濾塵網,進風量進一步下降,室內負壓情況加劇。電場投產運行一段時間后,門窗產生不同程度的損壞,室外灰塵、潮氣通過門窗進入SVG設備室,對SVG設備的安全穩定運行造成一定影響,因灰塵和凝露導致的板卡元件擊穿、設備接地故障和鏈接電壓不平衡情況頻發。
            
            為了保證SVG設備的安全穩定運行,需要對SVG設備進行針對性優化改造。一是通過風道改造減小設備室內負壓,降低設備室進灰和設備凝露風險;二是通過對裝置、鏈接單元板件進行絕緣材料涂裝,提升各類控制板件絕緣性能。

          圖1  風冷SVG常見問題
            
            3、改造思路
            
            1、SVG設備室產生負壓的主要原因是設備室出風量大于進風量,降低設備室出風量或提高設備室進風量是解決負壓問題的關鍵。由于提高進風量需要對設備室土建結構進行調整,改造成本過高,不予考慮。如果將直排室外(外循環模式)的風進行限流或阻斷,降低設備室出風量,負壓問題將得到緩解。首臺SVG采用最直接的阻斷方式進行改造,即將SVG散熱風道直接封死,設備余熱直排設備室內部(內循環模式)。經過1個季度的試運行,發現在7-8月份環境溫度較高的季節,設備室內部平均溫度可達37℃,已遠超電場運規中“繼保室、二次設備室環境溫度應控制在5℃~25℃”的有關要求,且過高的室內溫度不利于運維人員進入設備室開展巡檢和維護工作??偨Y首臺SVG風道改造經驗,技術團隊設計出第二代改造方案,即將SVG設備散熱排風系統由原來的外循環模式改為綜合(內外可切換)循環模式,通過操作桿即可完成內、外循環模式的切換,切換過程中SVG設備無需停機。
            
            作業流程:(1)風道下方開窗,角料備用;(2)風道側壁底部打孔(操作桿插孔);(3)風道內壁安裝擋板限位塊;(4)角料與操作桿焊接;(5)風道開窗處安裝網格出風口(防止異物進入);
            
            模式切換:
            
           ?。?)春末夏初多凝露季節和沙塵天氣時,將風道切至內循環模式,風道直排設備室內部,阻斷外排風道,通過降低設備室負壓,達到降低潮氣和沙塵進入設備室的目的。同時,散熱風扇將設備內部排出的多余熱量可提高設備室內部環境溫度,降低設備凝露風險,避免因設備凝露導致設備爬電接地或短路故障的發生;
            
           ?。?)夏季高溫或設備滿負荷運行時,將風道切至外循環模式,通過散熱風扇將設備內部排出的多余熱量和設備室內部積聚熱量直接排到室外,達到快速降低設備溫度和設備室環境溫度的目的,避免造成鏈接單元IGBT運行溫度過高停機故障的發生。
          圖2 風道改造示意圖圖片
            

          圖3 風道改造實際效果圖
            
            本項改造可根據外部氣候環境和設備負荷情況靈活地完成內外循環切換,操作方便,且無需設備停電,對設備室灰塵和凝露情況能達到很好的抑制效果。
            
            2、散熱風道改造結束后,雖然設備室灰塵和凝露情況得到了很好的抑制,但是SVG設備依然存在因運行工況變化而需切至風道外循環模式的情況,此時,設備室進灰塵和設備凝露的風險依然存在,雖然該風險發生概率已明顯低于散熱風道改造工作前,但隨著SVG設備長時間處于風道外循環模式下運行,該風險的發生概率也會隨之增長。在此環境下,SVG功率柜環氧件易受潮濕受灰塵影響導致絕緣能力降低,不排除發生鏈接電壓不平衡、鏈接單元板卡元件擊穿的可能性。與SVG設備廠商溝通交流后發現,可通過對鏈接單元板卡進行室溫硫化硅橡膠的涂膠封裝,提升設備絕緣性能和抗污性能,且該封裝工藝不影響設備的散熱。
            
            室溫硫化硅橡膠(Room Temperature Silicone Rubber)簡稱RTV防污閃涂料,近年來以其長效、免維護等突出特點作為一種新技術、新材料在國內得到快速發展和廣泛應用。使用時無需調配,密封包裝開啟后即可直接噴、涂與設備表面,與空氣中的水分子接觸后固化成膜,施工簡單。涂料的電氣性能、力學性能優異、憎水性及憎水遷移性強、附著力強、使用壽命長。工作環境要求濕度-5℃~32℃、濕度30%~80%,因該材料為濕氣固化材料,濕度與固化速度成正比(濕度越大,固化速度越快),最佳濕度為70%。
            
            作業流程:(1)鏈接單元下架;(2)板卡拆卸;(3)設備除灰;(4)打膠涂覆;(5)靜置固化;(6)板件復裝;(7)鏈接單元測試;(8)鏈接單元上架;

          圖4 監控板絕緣材料涂覆區域
            
            絕緣材料涂覆作業時需注意,圖4中黃色標志區域為重點涂覆區,所有針腳必須涂覆,不允許出現氣泡和漏涂現象;藍色標志區域為測試點和插針接口,不需要涂覆,需要避開;涂刷時毛刷手柄與涂刷面成45度角,勻速同方向涂刷,避免出現氣泡和流掛現象;涂覆完成后,需靜置1小時以上,使涂層達到表干狀態,方可進行后續工作,涂層完全固化需要24小時以上;如現場板卡有腐蝕、老化跡象,無法保證涂覆后設備運行的穩定性,可將問題板卡直接更換。

          圖5 監控板絕緣材料涂覆前后對比
            
            4、改造效果
            
            首批2套風冷SVG設備在2021年初完成風道改造和板件絕緣材料涂裝改造后,設備室負壓、積灰和凝露情況明顯下降,且已安全穩定運行超16個月,期間未發生一起設備爬電短路接地、鏈接單元及其板卡元件擊穿、鏈接電壓不平衡和設備過溫類設備事故事件,改造工作達到預期效果。
            
           ?。?)首批2套SVG設備經改造后的年度設備可利用率由最初的99.63%提升至100%、設備年運行小時數由8727.48小時提升至8760小時;
            
           ?。?)以QPMCN-600B型鏈節單元監控板為例,新板采購價格在1.5萬元/塊,板件維修價格在0.5萬元/塊,2016.4-2021.4期間2套風冷SVG設備共計更換、維修處理27塊鏈節單元監控板(其中新板采購22塊),5年間僅板件更換、維修花費35.5萬元。經過風道改造和板件絕緣材料涂裝改造后,首批2套風冷SVG設備未發生一起同類型故障,僅鏈節單元監控板一項,每年就可以為電場節約7萬元左右的備件成本;
            
           ?。?)SVG設備室和設備柜內衛生情況得到改觀,設備積灰、凝露情況少見;

          圖6 SVG啟動柜改造前后柜內環境對比
            
            5、總結
            
            以上是對提升風電場風冷SVG設備運行穩定性提出的綜合改造方案,該方案具備易操作、投入小、收效明顯的特點,設備改造后的安全穩定運行確定了該方案的正確性,為新能源電場變電運維專業提供了寶貴經驗,具有一定的參考和使用價值。
            
            參考文獻:
            
            [1]陸耀慶.供暖通風設計手冊.北京:中國建筑工業出版社,1993.
            
            [2]朱衛東.SVG產品的散熱研究及實用設計[D].山東大學,2013.
            
            [3]李海峰.SVG設備排風系統改造[J].電工技術, 2016.
            
            作者:寧夏嘉澤新能源股份有限公司 王正川
            
            來源:《風能產業》2022.09
           

          標簽:

          風電
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