风电运维 | 风电场风冷SVG设备运行稳定性综合提升方案

　　【摘要】为解决风冷SVG设备运行过程中因组件凝露、积灰等原因而频繁停机跳闸的问题，保障电场安全稳定运行，避免电网考核，通过风道改造、链接单元板件涂装等技术手段，降低风冷SVG设备室负压情况、增加设备绝缘等级，从而提升设备运行稳定性。

　　

　　【关键词】风道改造  板件涂装  功率柜

　　

　　

　　为应对全球气候变化，减少温室气体的排放，风力发电等新能源发电产业得到了高速发展，装机容量爆发式增长。风资源属于清洁的可再生能源，取之不尽用之不竭，同样也具有非线性、间歇性等不确定性特点，这就导致风力发电机组的输出功率是波动的，随之带来的是风电场并网点功率因数和电能质量不合格、电压偏差和波动等问题。

　　

　　为解决以上问题，具备自动电压调节能力的无功补偿装置（即SVG）应运而生。SVG在风力发电方面运用广泛，SVG 是连接在电网上的电压源逆变器，可以等效为幅值和相位均可控制的、与电网同频率的交流电压源，通过实时调节逆变器输出电压的相位和幅值，可改变电路吸收或发出的无功电流，实现动态无功补偿。这种方法大大提高了电厂的发电效率，节省了很多不必要的损耗。

　　

　　目前的SVG的冷却系统主要分为是风冷循环和水冷循环两种，因水冷循环技术起步晚、价格高的特点，水冷循环系统的应用远滞后于风冷循环系统，目前风冷的SVG设备占比超七成。风冷循环系统控制方法比较简单，通过直接控制大功率散热风机启停，将链接单元所产生的温度通过风道抽出，实现对链节单元的降温。该系统虽具有结构简单、价格便宜的优点，但缺点同样突出，因风道直排室外，设备室出风量远大于进风量，SVG设备室在设备运行期间呈现出严重的负压情况，晴天灰尘大、雨天潮气大成为风冷SVG设备室的一大特点，大量灰尘、水汽附着在SVG功率柜内器件上，导致器件间绝缘等级降低，时常出现链接电压不平衡、链接单元及其板卡元件击穿的情况。

　　

　　

　　宁夏回族自治区地处中国内陆，属温带大陆性干旱、半干旱气候，日照充足，蒸发强烈，昼夜温差大，四季多沙尘，春末夏初多凝露。

　　

　　以宁夏区域第一批改造的2套风冷SVG系统为例。每套SVG系统由1台连接变、一个启动柜、1个控制柜和6个功率柜组成，其中每个功率柜均设置大功率散热风扇1台，散热风扇通过风道与排风系统连接，将柜内热量排至室外。

　　

　　根据电场运规要求SVG设备室防火门需在常闭状态，室内空气被SVG散热风扇大量排至室外，出风量大于进风量，设备室在SVG设备运行状态下出现负压情况，且设备室窗户因防尘需求加装滤尘网，进风量进一步下降，室内负压情况加剧。电场投产运行一段时间后，门窗产生不同程度的损坏，室外灰尘、潮气通过门窗进入SVG设备室，对SVG设备的安全稳定运行造成一定影响，因灰尘和凝露导致的板卡元件击穿、设备接地故障和链接电压不平衡情况频发。

　　

　　为了保证SVG设备的安全稳定运行，需要对SVG设备进行针对性优化改造。一是通过风道改造减小设备室内负压，降低设备室进灰和设备凝露风险；二是通过对装置、链接单元板件进行绝缘材料涂装，提升各类控制板件绝缘性能。

图1  风冷SVG常见问题

　　

　　

　　1、SVG设备室产生负压的主要原因是设备室出风量大于进风量，降低设备室出风量或提高设备室进风量是解决负压问题的关键。由于提高进风量需要对设备室土建结构进行调整，改造成本过高，不予考虑。如果将直排室外（外循环模式）的风进行限流或阻断，降低设备室出风量，负压问题将得到缓解。首台SVG采用最直接的阻断方式进行改造，即将SVG散热风道直接封死，设备余热直排设备室内部（内循环模式）。经过1个季度的试运行，发现在7-8月份环境温度较高的季节，设备室内部平均温度可达37℃，已远超电场运规中“继保室、二次设备室环境温度应控制在5℃～25℃”的有关要求，且过高的室内温度不利于运维人员进入设备室开展巡检和维护工作。总结首台SVG风道改造经验，技术团队设计出第二代改造方案，即将SVG设备散热排风系统由原来的外循环模式改为综合（内外可切换）循环模式，通过操作杆即可完成内、外循环模式的切换，切换过程中SVG设备无需停机。

　　

　　作业流程：（1）风道下方开窗，角料备用；（2）风道侧壁底部打孔（操作杆插孔）；（3）风道内壁安装挡板限位块；（4）角料与操作杆焊接；（5）风道开窗处安装网格出风口（防止异物进入）；

　　

　　模式切换：

　　

　　（1）春末夏初多凝露季节和沙尘天气时，将风道切至内循环模式，风道直排设备室内部，阻断外排风道，通过降低设备室负压，达到降低潮气和沙尘进入设备室的目的。同时，散热风扇将设备内部排出的多余热量可提高设备室内部环境温度，降低设备凝露风险，避免因设备凝露导致设备爬电接地或短路故障的发生；

　　

　　（2）夏季高温或设备满负荷运行时，将风道切至外循环模式，通过散热风扇将设备内部排出的多余热量和设备室内部积聚热量直接排到室外，达到快速降低设备温度和设备室环境温度的目的，避免造成链接单元IGBT运行温度过高停机故障的发生。

图2 风道改造示意图图片

　　

图3 风道改造实际效果图

　　

　　本项改造可根据外部气候环境和设备负荷情况灵活地完成内外循环切换，操作方便，且无需设备停电，对设备室灰尘和凝露情况能达到很好的抑制效果。

　　

　　2、散热风道改造结束后，虽然设备室灰尘和凝露情况得到了很好的抑制，但是SVG设备依然存在因运行工况变化而需切至风道外循环模式的情况，此时，设备室进灰尘和设备凝露的风险依然存在，虽然该风险发生概率已明显低于散热风道改造工作前，但随着SVG设备长时间处于风道外循环模式下运行，该风险的发生概率也会随之增长。在此环境下，SVG功率柜环氧件易受潮湿受灰尘影响导致绝缘能力降低，不排除发生链接电压不平衡、链接单元板卡元件击穿的可能性。与SVG设备厂商沟通交流后发现，可通过对链接单元板卡进行室温硫化硅橡胶的涂胶封装，提升设备绝缘性能和抗污性能，且该封装工艺不影响设备的散热。

　　

　　室温硫化硅橡胶（Room Temperature Silicone Rubber）简称RTV防污闪涂料，近年来以其长效、免维护等突出特点作为一种新技术、新材料在国内得到快速发展和广泛应用。使用时无需调配，密封包装开启后即可直接喷、涂与设备表面，与空气中的水分子接触后固化成膜，施工简单。涂料的电气性能、力学性能优异、憎水性及憎水迁移性强、附着力强、使用寿命长。工作环境要求湿度－5℃～32℃、湿度30%～80%，因该材料为湿气固化材料，湿度与固化速度成正比（湿度越大，固化速度越快），最佳湿度为70%。

　　

　　作业流程：（1）链接单元下架；（2）板卡拆卸；（3）设备除灰；（4）打胶涂覆；（5）静置固化；（6）板件复装；（7）链接单元测试；（8）链接单元上架；

图4 监控板绝缘材料涂覆区域

　　

　　绝缘材料涂覆作业时需注意，图4中黄色标志区域为重点涂覆区，所有针脚必须涂覆，不允许出现气泡和漏涂现象；蓝色标志区域为测试点和插针接口，不需要涂覆，需要避开；涂刷时毛刷手柄与涂刷面成45度角，匀速同方向涂刷，避免出现气泡和流挂现象；涂覆完成后，需静置1小时以上，使涂层达到表干状态，方可进行后续工作，涂层完全固化需要24小时以上；如现场板卡有腐蚀、老化迹象，无法保证涂覆后设备运行的稳定性，可将问题板卡直接更换。

图5 监控板绝缘材料涂覆前后对比

　　

　　4、改造效果

　　

　　首批2套风冷SVG设备在2021年初完成风道改造和板件绝缘材料涂装改造后，设备室负压、积灰和凝露情况明显下降，且已安全稳定运行超16个月，期间未发生一起设备爬电短路接地、链接单元及其板卡元件击穿、链接电压不平衡和设备过温类设备事故事件，改造工作达到预期效果。

　　

　　（1）首批2套SVG设备经改造后的年度设备可利用率由最初的99.63%提升至100%、设备年运行小时数由8727.48小时提升至8760小时；

　　

　　（2）以QPMCN-600B型链节单元监控板为例，新板采购价格在1.5万元/块，板件维修价格在0.5万元/块，2016.4-2021.4期间2套风冷SVG设备共计更换、维修处理27块链节单元监控板（其中新板采购22块），5年间仅板件更换、维修花费35.5万元。经过风道改造和板件绝缘材料涂装改造后，首批2套风冷SVG设备未发生一起同类型故障，仅链节单元监控板一项，每年就可以为电场节约7万元左右的备件成本；

　　

　　（3）SVG设备室和设备柜内卫生情况得到改观，设备积灰、凝露情况少见；

图6 SVG启动柜改造前后柜内环境对比

　　

　　5、总结

　　

　　以上是对提升风电场风冷SVG设备运行稳定性提出的综合改造方案，该方案具备易操作、投入小、收效明显的特点，设备改造后的安全稳定运行确定了该方案的正确性，为新能源电场变电运维专业提供了宝贵经验，具有一定的参考和使用价值。

　　

　　参考文献：

　　

　　[1]陆耀庆.供暖通风设计手册.北京：中国建筑工业出版社，1993.

　　

　　[2]朱卫东.SVG产品的散热研究及实用设计[D].山东大学,2013.

　　

　　[3]李海峰.SVG设备排风系统改造[J].电工技术, 2016.

　　

　　作者：宁夏嘉泽新能源股份有限公司 王正川

　　

　　来源：《风能产业》2022.09