干货 | 变桨驱动器接地引起的电网电压异常现象分析-北极星风力发电网

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【摘要】某风电场某风机变桨驱动器输出侧存在接地情况引起风机供电系统三相对零线电压突增，造成风机上大部分230V用电器过压损坏，本论文对其原因展开分析。

【关键词】变桨驱动器变频器接地电压异常 Multisim

来源：北极星风力发电网作者：周磊

1 故障现象

某风电场风机现采用的变桨系统，变桨电机为永磁三相同步电机，由变桨驱动器（也称变桨变频器）驱动控制。SCADA系统显示某风机报出变桨安全链故障、变桨轴2驱动器故障、机舱避雷器保护动作等故障，故障时刻轴2收桨滞后，尝试复位后主控报出机舱防雷保护故障、变桨润滑24V电源故障，三个变桨角度均在91°无法回到89°。初步分析机舱防雷模块、变桨润滑24V电源损坏，且变桨系统轴2存在故障。

就地塔底对主控系统进行复位，为电控系统供电的400V干式变压器有异音，同时塔底灯闪烁，塔底免爬器控制箱内冒烟，用万用表测量发现复位时三相对地电压均瞬间升高至300V以上，线电压无明显变化（均为400V左右），约2S复位结束后相电压恢复正常（230V），登机检查发现所有接至230V回路的开关电源损坏（在线振动监测电源、变桨润滑系统电源、变桨废油收集系统电源），机舱防雷模块失效3个（接至相线和地线的防雷模块），偏航刹车230V整流桥损坏1个，轮毂230V灯损坏3个。初步分析可能是供电系统电压突然升高所致，但未进行故障复位时测得供电系统各相电压正常，怀疑复位时供电回路有接地点，检查干式变压器正常，将塔底给机舱供电的400V断路器202Q1断开之后复位，干式变无异音，相电压正常。断开202Q1断路器，将给轮毂供电的400V断路器401Q4断开之后复位，干式变无异音，相电压正常。确定引起电压突变点在变桨系统，轮流对3个轴柜进行手动变桨，轴1和轴3手动变桨正常，对轴柜2手动开桨无反应，且开始变桨时塔底干式变压器有异音，测量相线对地电压有突增，确定故障点在轴柜2。测量轴2变桨电机无异常，对轴柜2变桨驱动器至电机校线，发现V相不通且V相对地线导通，拆开轴柜2C2哈丁头时发现插头无法正常拔出，当拆下时发现400V公针和母针已经融化粘连，绝缘套已烧熔，确定轴柜2C2插头哈丁头内部V相出现断线且驱动器输出V相存在对地线放电现象。

2 故障分析

在实际工作中，因变桨驱动器（变频器）输出侧接地引起的供电系统电压升高且中性点直接接地系统三相相电压同时升高现象极为少见，也很难用电工学一般知识解释。风机400V供电系统中性点直接接地，N线和PE线共用，如图4：

理论上对于中性点直接接地电力系统，中性点电位就被固定在零电位上，即便发生单相接地故障，由于大地对于电荷的容量为无穷大，大地的电位即中性点的电位仍为零，所以无故障相对地的相电压不会变动。但本案例测得供电回路三相对地的相电压同时升高的情况，针对这一问题进行分析，因风电机组电控系统接地线与零线共用，设备接地保护线与供电系统零线相通，这种接地线和零线共接构成了电气设备的重复接地。其作用是当接地线断开或接地体电阻较大时减轻触电危险；同时当设备带电部分碰壳时，短路电流通过零线形成回路，能加速线路保护装置的动作。经分析发生供电电压突变的原因为：当变桨驱动器输出存在接地情况，变频器启动时，其输出的交流电压就会通过接地线、供电系统中性线（零线）叠加到供电变压器低压侧工频三相电源上。由于变频器输出的三相交流电压频率、初相位均不同于电源工频电压，变桨驱动器、供电变压器通过接地线、零线等动力线路构成电流通路，所以就会引起不同频率电源之间叠加现象，其叠加的程度与变频器容量、工作频率、初相位以及供电变压器容量均有密切关系。变频器容量越大，则叠加后的电压越高，其危害程度也越严重。变频器、电网、零线和接地线构成的电流回路如图5所示：

( 来源: 北极星风力发电网作者: 周磊 )

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