【摘要】為解決風(fēng)冷SVG設(shè)備運(yùn)行過程中因組件凝露、積灰等原因而頻繁停機(jī)跳閘的問題，保障電場(chǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，避免電網(wǎng)考核，通過風(fēng)道改造、鏈接單元板件涂裝等技術(shù)手段，降低風(fēng)冷SVG設(shè)備室負(fù)壓情況、增加設(shè)備絕緣等級(jí)，從而提升設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】風(fēng)道改造 板件涂裝 功率柜
1、引言
為應(yīng)對(duì)全球氣候變化，減少溫室氣體的排放，風(fēng)力發(fā)電等新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)得到了高速發(fā)展，裝機(jī)容量爆發(fā)式增長(zhǎng)。風(fēng)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(diǎn)，這就導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率是波動(dòng)的，隨之帶來(lái)的是風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)功率因數(shù)和電能質(zhì)量不合格、電壓偏差和波動(dòng)等問題。
為解決以上問題，具備自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)能力的無(wú)功補(bǔ)償裝置（即SVG）應(yīng)運(yùn)而生。SVG在風(fēng)力發(fā)電方面運(yùn)用廣泛，SVG 是連接在電網(wǎng)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(wǎng)同頻率的交流電壓源，通過實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)逆變器輸出電壓的相位和幅值，可改變電路吸收或發(fā)出的無(wú)功電流，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償。這種方法大大提高了電廠的發(fā)電效率，節(jié)省了很多不必要的損耗。
目前的SVG的冷卻系統(tǒng)主要分為是風(fēng)冷循環(huán)和水冷循環(huán)兩種，因水冷循環(huán)技術(shù)起步晚、價(jià)格高的特點(diǎn)，水冷循環(huán)系統(tǒng)的應(yīng)用遠(yuǎn)滯后于風(fēng)冷循環(huán)系統(tǒng)，目前風(fēng)冷的SVG設(shè)備占比超七成。風(fēng)冷循環(huán)系統(tǒng)控制方法比較簡(jiǎn)單，通過直接控制大功率散熱風(fēng)機(jī)啟停，將鏈接單元所產(chǎn)生的溫度通過風(fēng)道抽出，實(shí)現(xiàn)對(duì)鏈節(jié)單元的降溫。該系統(tǒng)雖具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)同樣突出，因風(fēng)道直排室外，設(shè)備室出風(fēng)量遠(yuǎn)大于進(jìn)風(fēng)量，SVG設(shè)備室在設(shè)備運(yùn)行期間呈現(xiàn)出嚴(yán)重的負(fù)壓情況，晴天灰塵大、雨天潮氣大成為風(fēng)冷SVG設(shè)備室的一大特點(diǎn)，大量灰塵、水汽附著在SVG功率柜內(nèi)器件上，導(dǎo)致器件間絕緣等級(jí)降低，時(shí)常出現(xiàn)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(shè)備運(yùn)行現(xiàn)狀
寧夏回族自治區(qū)地處中國(guó)內(nèi)陸，屬溫帶大陸性干旱、半干旱氣候，日照充足，蒸發(fā)強(qiáng)烈，晝夜溫差大，四季多沙塵，春末夏初多凝露。
以寧夏區(qū)域第一批改造的2套風(fēng)冷SVG系統(tǒng)為例。每套SVG系統(tǒng)由1臺(tái)連接變、一個(gè)啟動(dòng)柜、1個(gè)控制柜和6個(gè)功率柜組成，其中每個(gè)功率柜均設(shè)置大功率散熱風(fēng)扇1臺(tái)，散熱風(fēng)扇通過風(fēng)道與排風(fēng)系統(tǒng)連接，將柜內(nèi)熱量排至室外。
根據(jù)電場(chǎng)運(yùn)規(guī)要求SVG設(shè)備室防火門需在常閉狀態(tài)，室內(nèi)空氣被SVG散熱風(fēng)扇大量排至室外，出風(fēng)量大于進(jìn)風(fēng)量，設(shè)備室在SVG設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下出現(xiàn)負(fù)壓情況，且設(shè)備室窗戶因防塵需求加裝濾塵網(wǎng)，進(jìn)風(fēng)量進(jìn)一步下降，室內(nèi)負(fù)壓情況加劇。電場(chǎng)投產(chǎn)運(yùn)行一段時(shí)間后，門窗產(chǎn)生不同程度的損壞，室外灰塵、潮氣通過門窗進(jìn)入SVG設(shè)備室，對(duì)SVG設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成一定影響，因灰塵和凝露導(dǎo)致的板卡元件擊穿、設(shè)備接地故障和鏈接電壓不平衡情況頻發(fā)。
為了保證SVG設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，需要對(duì)SVG設(shè)備進(jìn)行針對(duì)性優(yōu)化改造。一是通過風(fēng)道改造減小設(shè)備室內(nèi)負(fù)壓，降低設(shè)備室進(jìn)灰和設(shè)備凝露風(fēng)險(xiǎn)；二是通過對(duì)裝置、鏈接單元板件進(jìn)行絕緣材料涂裝，提升各類控制板件絕緣性能。
圖1 風(fēng)冷SVG常見問題
3、改造思路
1、SVG設(shè)備室產(chǎn)生負(fù)壓的主要原因是設(shè)備室出風(fēng)量大于進(jìn)風(fēng)量，降低設(shè)備室出風(fēng)量或提高設(shè)備室進(jìn)風(fēng)量是解決負(fù)壓?jiǎn)栴}的關(guān)鍵。由于提高進(jìn)風(fēng)量需要對(duì)設(shè)備室土建結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，改造成本過高，不予考慮。如果將直排室外（外循環(huán)模式）的風(fēng)進(jìn)行限流或阻斷，降低設(shè)備室出風(fēng)量，負(fù)壓?jiǎn)栴}將得到緩解。首臺(tái)SVG采用最直接的阻斷方式進(jìn)行改造，即將SVG散熱風(fēng)道直接封死，設(shè)備余熱直排設(shè)備室內(nèi)部（內(nèi)循環(huán)模式）。經(jīng)過1個(gè)季度的試運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)在7-8月份環(huán)境溫度較高的季節(jié)，設(shè)備室內(nèi)部平均溫度可達(dá)37℃，已遠(yuǎn)超電場(chǎng)運(yùn)規(guī)中“繼保室、二次設(shè)備室環(huán)境溫度應(yīng)控制在5℃～25℃”的有關(guān)要求，且過高的室內(nèi)溫度不利于運(yùn)維人員進(jìn)入設(shè)備室開展巡檢和維護(hù)工作。總結(jié)首臺(tái)SVG風(fēng)道改造經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出第二代改造方案，即將SVG設(shè)備散熱排風(fēng)系統(tǒng)由原來(lái)的外循環(huán)模式改為綜合（內(nèi)外可切換）循環(huán)模式，通過操作桿即可完成內(nèi)、外循環(huán)模式的切換，切換過程中SVG設(shè)備無(wú)需停機(jī)。
作業(yè)流程：（1）風(fēng)道下方開窗，角料備用；（2）風(fēng)道側(cè)壁底部打孔（操作桿插孔）；（3）風(fēng)道內(nèi)壁安裝擋板限位塊；（4）角料與操作桿焊接；（5）風(fēng)道開窗處安裝網(wǎng)格出風(fēng)口（防止異物進(jìn)入）；
模式切換：
（1）春末夏初多凝露季節(jié)和沙塵天氣時(shí)，將風(fēng)道切至內(nèi)循環(huán)模式，風(fēng)道直排設(shè)備室內(nèi)部，阻斷外排風(fēng)道，通過降低設(shè)備室負(fù)壓，達(dá)到降低潮氣和沙塵進(jìn)入設(shè)備室的目的。同時(shí)，散熱風(fēng)扇將設(shè)備內(nèi)部排出的多余熱量可提高設(shè)備室內(nèi)部環(huán)境溫度，降低設(shè)備凝露風(fēng)險(xiǎn)，避免因設(shè)備凝露導(dǎo)致設(shè)備爬電接地或短路故障的發(fā)生；
（2）夏季高溫或設(shè)備滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，將風(fēng)道切至外循環(huán)模式，通過散熱風(fēng)扇將設(shè)備內(nèi)部排出的多余熱量和設(shè)備室內(nèi)部積聚熱量直接排到室外，達(dá)到快速降低設(shè)備溫度和設(shè)備室環(huán)境溫度的目的，避免造成鏈接單元IGBT運(yùn)行溫度過高停機(jī)故障的發(fā)生。
圖2 風(fēng)道改造示意圖圖片
圖3 風(fēng)道改造實(shí)際效果圖
本項(xiàng)改造可根據(jù)外部氣候環(huán)境和設(shè)備負(fù)荷情況靈活地完成內(nèi)外循環(huán)切換，操作方便，且無(wú)需設(shè)備停電，對(duì)設(shè)備室灰塵和凝露情況能達(dá)到很好的抑制效果。
2、散熱風(fēng)道改造結(jié)束后，雖然設(shè)備室灰塵和凝露情況得到了很好的抑制，但是SVG設(shè)備依然存在因運(yùn)行工況變化而需切至風(fēng)道外循環(huán)模式的情況，此時(shí)，設(shè)備室進(jìn)灰塵和設(shè)備凝露的風(fēng)險(xiǎn)依然存在，雖然該風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率已明顯低于散熱風(fēng)道改造工作前，但隨著SVG設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間處于風(fēng)道外循環(huán)模式下運(yùn)行，該風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生概率也會(huì)隨之增長(zhǎng)。在此環(huán)境下，SVG功率柜環(huán)氧件易受潮濕受灰塵影響導(dǎo)致絕緣能力降低，不排除發(fā)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(shè)備廠商溝通交流后發(fā)現(xiàn)，可通過對(duì)鏈接單元板卡進(jìn)行室溫硫化硅橡膠的涂膠封裝，提升設(shè)備絕緣性能和抗污性能，且該封裝工藝不影響設(shè)備的散熱。
室溫硫化硅橡膠（Room Temperature Silicone Rubber）簡(jiǎn)稱RTV防污閃涂料，近年來(lái)以其長(zhǎng)效、免維護(hù)等突出特點(diǎn)作為一種新技術(shù)、新材料在國(guó)內(nèi)得到快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。使用時(shí)無(wú)需調(diào)配，密封包裝開啟后即可直接噴、涂與設(shè)備表面，與空氣中的水分子接觸后固化成膜，施工簡(jiǎn)單。涂料的電氣性能、力學(xué)性能優(yōu)異、憎水性及憎水遷移性強(qiáng)、附著力強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)。工作環(huán)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(yè)流程：（1）鏈接單元下架；（2）板卡拆卸；（3）設(shè)備除灰；（4）打膠涂覆；（5）靜置固化；（6）板件復(fù)裝；（7）鏈接單元測(cè)試；（8）鏈接單元上架；
圖4 監(jiān)控板絕緣材料涂覆區(qū)域
絕緣材料涂覆作業(yè)時(shí)需注意，圖4中黃色標(biāo)志區(qū)域?yàn)橹攸c(diǎn)涂覆區(qū)，所有針腳必須涂覆，不允許出現(xiàn)氣泡和漏涂現(xiàn)象；藍(lán)色標(biāo)志區(qū)域?yàn)闇y(cè)試點(diǎn)和插針接口，不需要涂覆，需要避開；涂刷時(shí)毛刷手柄與涂刷面成45度角，勻速同方向涂刷，避免出現(xiàn)氣泡和流掛現(xiàn)象；涂覆完成后，需靜置1小時(shí)以上，使涂層達(dá)到表干狀態(tài)，方可進(jìn)行后續(xù)工作，涂層完全固化需要24小時(shí)以上；如現(xiàn)場(chǎng)板卡有腐蝕、老化跡象，無(wú)法保證涂覆后設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，可將問題板卡直接更換。
圖5 監(jiān)控板絕緣材料涂覆前后對(duì)比
4、改造效果
首批2套風(fēng)冷SVG設(shè)備在2021年初完成風(fēng)道改造和板件絕緣材料涂裝改造后，設(shè)備室負(fù)壓、積灰和凝露情況明顯下降，且已安全穩(wěn)定運(yùn)行超16個(gè)月，期間未發(fā)生一起設(shè)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(shè)備過溫類設(shè)備事故事件，改造工作達(dá)到預(yù)期效果。
（1）首批2套SVG設(shè)備經(jīng)改造后的年度設(shè)備可利用率由最初的99.63%提升至100%、設(shè)備年運(yùn)行小時(shí)數(shù)由8727.48小時(shí)提升至8760小時(shí)；
（2）以QPMCN-600B型鏈節(jié)單元監(jiān)控板為例，新板采購(gòu)價(jià)格在1.5萬(wàn)元/塊，板件維修價(jià)格在0.5萬(wàn)元/塊，2016.4-2021.4期間2套風(fēng)冷SVG設(shè)備共計(jì)更換、維修處理27塊鏈節(jié)單元監(jiān)控板（其中新板采購(gòu)22塊），5年間僅板件更換、維修花費(fèi)35.5萬(wàn)元。經(jīng)過風(fēng)道改造和板件絕緣材料涂裝改造后，首批2套風(fēng)冷SVG設(shè)備未發(fā)生一起同類型故障，僅鏈節(jié)單元監(jiān)控板一項(xiàng)，每年就可以為電場(chǎng)節(jié)約7萬(wàn)元左右的備件成本；
（3）SVG設(shè)備室和設(shè)備柜內(nèi)衛(wèi)生情況得到改觀，設(shè)備積灰、凝露情況少見；
圖6 SVG啟動(dòng)柜改造前后柜內(nèi)環(huán)境對(duì)比
5、總結(jié)
以上是對(duì)提升風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)冷SVG設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)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(diǎn)，設(shè)備改造后的安全穩(wěn)定運(yùn)行確定了該方案的正確性，為新能源電場(chǎng)變電運(yùn)維專業(yè)提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)，具有一定的參考和使用價(jià)值。
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作者：寧夏嘉澤新能源股份有限公司 王正川
來(lái)源：《風(fēng)能產(chǎn)業(yè)》2022.09
