3MW风电变流器型式试验大纲精编版.docx
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3MW风电变流器型式试验大纲精编版
编号:
变流器型式试验大纲
编制:
刘敏涛
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修订日期
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1背景范围
本大纲规定了变流器型式试验内容以及试验方法。
2引用依据及标准
主要遵循国家标准:
GB/T25387-2010《风力发电机组全功率变流器第1部分:
技术条件》
GB/T25387-2010《风力发电机组全功率变流器第2部分:
试验方法》
3试验条件
3.1正常实验环境条件
测量和试验条件推荐在以下条件进行:
1)温度:
15℃~35℃;
2)相对湿度:
45%~75%;
3)气压:
86kPa~106kPa。
3.2测量仪器仪表
1)试验中使用的测量仪器、仪表、传感器均应经计量部门检定合格并在有效期内,且在被测频率范围内满足精度要求;
2)试验时采用的电气测量仪表的准确度应不低于0.5级(兆欧表除外),温度计的误差应不大于±1℃,其他测量仪器仪表应符合相关标准的规定。
4试验项目及方法
4.1试验项目
1)型式试验。
2)试验项目按表4.1执行。
序号
测试项目
型式试验
厂内可测试项
第三方测试项
1
设备安全性检查
2
绝缘耐压试验
√
√
3
功能试验
√
√
4
加载试验
√
√
5
电网适应能力试验
√
√
6
效率试验
√
√
7
电网侧功率因数测定试验
√
√
8
总谐波畸变率测量试验
√
√
9
直流电流含量测定试验
√
√
10
过载能力试验
√
√
11
平均故障间隔时间试验
√(不作要求)
12
稳定性运行时间试验
√
√
13
温升试验
√
√
14
辅助器件的检查
√
√
15
保护功能试验
√
√
16
通讯试验
√
表4.1测试项目
4.2模拟试验平台
变流器实验应在与实际工作等效的电气条件下进行,尽量模拟风场条件。
例如,测试平台可由电动机-发电机拖动机组组成,以模拟风力发电机的功率特性,该拖动机组成由电动机、电动机侧适配变压器、电动机驱动用变流器、发电机、发电机侧适配变压器、被测变流器、控制台及相关配电设备组成,如图3.1所示,依控制台指令进行一系列试验。
(该模拟试验平台为国标GB/T25387.2-2010给出的示例,但实际的平台根据实际情况确定,仅供参考)
图4.1全功率变流器模拟试验平台示例
5测试内容及方法
5.1设备安全性检查
5.1.1机体及结构质量检查
试验依据:
按照GB/T25387.1-20104.2要求试验。
试验设备:
扳手,十字螺丝刀,橡胶锤。
试验方法:
1)目测柜体有油漆或电镀的结构件并用橡胶锤敲击3~5次,看其是否符合要求;
2)检查柜体表面、框架、元器件安装、一次配线检查、二次配线、柜体起吊角钢、标牌;
3)检查柜体内部、铜排安装、安全防护、用户接线铜排、模块安装;
4)管路检查、通水检查。
验收要求:
1)变流器及机柜组装有关零部件均应符合各自的技术要求;
2)油漆或电镀应牢固、平整,无剥落、锈蚀及裂痕等现象;
3)机架面板平整,文字和符号要清晰、整齐、规范、正确;
4)各种开关应便于操作,灵活可靠;
5)标牌、标志、标记应完整清晰;
6)文档资料应对变流器的安全操作和安装进行说明,若有需要,也可以给出变流器的维护说明;
7)各通水管路、快速接头、模块水接头处均带有指示标签,各管路安装与标签一致,通水无渗漏情况。
5.2绝缘耐压试验
5.2.1绝缘电阻测定试验
试验依据:
按照GB/T25387.2-20104.2.1.2进行试验。
试验设备:
兆欧表或绝缘电阻测试仪。
试验方法:
1)使用兆欧表或者绝缘电阻测试仪以1000VDC试验电压分别测量变流器的输入电路对地、输出电路对地的绝缘电阻。
绝缘电阻试验电压参考能标NB/T31015-20114.3.4.1表1。
验收要求:
1)变流器的输入电路对地、输出电路对地的绝缘电阻应不小于1MΩ(国标);
2)绝缘电阻值参见NB/T31042-20124.3.5。
5.2.2绝缘强度试验
试验依据:
按照25387.2-20104.2.1.2进行试验。
试验设备:
耐压仪。
试验方法:
1)直流侧耐压测试:
短接正负母排、电容模块正负铜排,连接耐压仪红表笔;将耐压仪黑表笔连接柜体地;绝缘强度试验电压见GB/T25387.1-20104.5.2绝缘强度表1,具体如下表5.1,调节耐压测试仪输出电压,从0V以5%的有级调整方式上升至DC3500V;
表1绝缘强度试验电压
额定电压UN(V)
试验电压(V)
≤60
1000
60 2000 300 2500 690 3000 800 3500 1000 3500 表5.1 2)交流侧耐压测试: 短接各模块输出端、断路器输出端(测试步骤同上1))。 验收要求: 1)变流器的输入电路对地、输出电路对地应承受50HZ的正弦交流电压60s,不击穿、无飞弧,漏电流<20mA; 2)工频耐压: 正常的实验条件下,变流器各路经工频耐压试验而无击穿、闪络及无元件损坏现象; 5.3功能试验 实验依据: GB/T25387.2-20104.2.2要求进行试验。 试验设备: 功率分析仪(或便携电量分析仪)、电流钳、电压探头、上位机。 试验方法: 1)按照模拟测试平台连接好变流器的测试系统; 2)将功率分析仪、电流钳、电压探头在变流器的输出并网点进行连接好; 3)启动变流器,直到运行在额定工作状态下,测量输出功率; 4)使变流器额定条件下运行,查看变流器的各项输出情况; 5)通过控制台的上位机下发“停机”指令,观察变流器的功率输出波形,以及主断路器是否正确动作。 验收要求: 1)测试范围: 变流器交流输出并网点; 2)变流器启动运行时,输出功率应缓慢增加,不应对电网造成冲击; 3)流变器输出功率从启动至额定值的变化速率可根据风机给定的功率进行变化(达到额定功率的时间是ms,变流器输出功率很快就可达到给定功率),或者变流器输出电流从启动至额定值的过程中电流最大值不超过变流器额定值的110%。 4)接收指令后变流器执行“停机”指令动作并脱网,查看变流器交流端输出波形符合停机的状态。 5.4加载试验 试验依据: 按照GB/T25387.2-20104.2.3要求进行试验。 试验设备: 上位机、功率分析仪、电流钳、电压探头。 试验方法: 1)连接好变流器的测试系统,合上开关带电; 2)启动被测变流器,使之并网发电,并记录被测变流器的输出功率; 3)通过控制台的控制软件,调节被测变流器的给定输入电流,按照最大电流的等分点I01、I02、I03、······I0i(i≥10)逐级增加电流,并记录不同电流下被测变流器的实际输出功率P0i与指令输出的功率P0i·,直到最大电流; 4)通过控制台软件给定输出电流降功率,实验步骤同上,记录数据。 验收要求: 1)电流增大输出功率曲线应与指令输出功率曲线对应; 2)电流减小输出功率曲线应与指令输出功率曲线对应。 5.5电网适应能力试验 5.5.1电网电压适应能力试验 试验依据: 按照GB/T25387.2-20104.2.4.2要求进行试验。 试验设备: 电压、频率可调的模拟电网(模拟电网的容量应大于被测变流器容量的5倍以上)、示波器、电压传感器、电流传感器、电压钳、电流钳、计时器。 试验方法: 1)采用模拟的方法进行。 将变流器采集电网电压的检测元件接到模拟电网上,同时变流器不并网。 通过模拟电网调节电网电压,使其在<0.8p.u,0.9p.u~1.1p.u,>1.1p.u之间以步长为额定电压的1%,每个步长至少应持续5s的方式进行调节,观察变流器的动作。 验收要求: 1)变流器能够检测到异常电压并做出相应的动作; 2)当模拟电网调节符合表5.2的电压值时,变流器在对应范围内的运行情况应符合表5.2最大跳闸时间的规定; 电压(变流器交流输出端) 最大跳闸时间 V<80%V标称 0.05s 80%V标称≤V<90%V标称 变流器无功支持 90%V标称≤V≤110%V标称 正常运行 110%V标称<V<135%V标称 0.5s 135%V标称≤V 0.05s 最大跳闸时间是指异常状态发生到变流器停止向电网供电的时间,主控与监测电路应切实保持与电网的连接,从而继续监视电网的状态,使得“恢复并网”功能有效。 表5.2 5.5.2电网频率适应性 试验依据: 按照GB/T25387.2-20104.2.4.3的要求进行试验。 试验设备: 电压、频率可调的模拟电网(模拟电网的容量应大于被测变流器容量的5倍以上)、示波器、电压传感器、电流传感器、电压探头、电流钳、计时器。 试验方法: 1)采用模拟的方法进行。 将变流器采集电网频率的检测元件接到模拟电网上,同时变流器不并网。 通过模拟电网调节电网频率,使其在<47.5HZ,47.5HZ~51.5HZ,>51.5HZ之间以步长为0.1HZ,每个步长至少应持续5s的方式进行调节,观察变流器的动作。 验收要求: 1)变流器能够检测到异常频率并做出相应的动作; 2)当模拟电网调节符合表5.3的频率值时,变流器在对应范围内的运行情况应符合最大跳闸时间的规定; 3)当变流器检测到异常频率并停止向电网供电后,再次调节模拟电网使变流器运行在正常运行的状态,此时变流器的“恢复并网”功能有效; 电压(变流器交流输出端) 最大跳闸时间 f<47.5HZ 0.2s 47.5HZ≤f<51.5HZ 正常运行 51.5HZ≤f 0.2s 最大跳闸时间是指异常状态发生到变流器停止向电网供电的时间,主控与监测电路应切实保持与电网的连接,从而继续监视电网的状态,使得“恢复并网”功能有效。 表5.3 备注: 若模拟电网难以实现,为实验方便起见,可通过控制检测信号来模拟电网电压和频率的变化。 电压均方根值在变流器交流输出端测量。 5.6效率试验 试验依据: 按照GB/T25387.2-20104.2.5的要求进行试验。 试验设备: 功率分析仪、霍尔传感器、电流钳、电压探头。 试验方法: 1)连接好变流器的测试系统,试验设备连接能正常显示需要的测试项波形和数据; 2)在被测变流器的输入、输出端分别连接一台功率分析仪,电流钳夹三相电缆,电压探头夹铜排,启动变流器; 3)通过控制台的控制软件,调节被测变流器的给定输入电流,直到给定电流为额定电流; 4)当变流器运行稳定时,记录被测变流器的输入功率Pi、输出功率P0; 5)计算效率,η=(P0/Pi)x100%。 验收要求: 额定运行条件下,变流器效率值不低96.5%。 5.7电网侧功率因数测定试验 试验依据: 按照GB/T25387.2-20104.2.6的要求进行试验。 试验设备: 功率分析仪、电流钳、电压探头、上位机。 试验方法: 1)按照模拟试验平台连接好变流器的测试系统,试验设备连接能正常显示需要的测试项波形和数据; 2)通上位机的监控软件给定电流使变流器达到各个功率点即(1%~10%)PN、100%PN、110%PN,测量变流器向电网输出的有功功率P和总视在功率S,并记录功率因数。 验收要求: 1)变流器在不同工作状态下,即(1%~10%)PN、100%PN、110%PN时的功率因数均能满足要求,变流器电网侧功率因数应在容性(0.95)与感性(0.95)之间可调节控制。 5.8总谐波畸变率测量试验 试验依据: 按照GB/T25387.1-20104.1.2.4、GB/T25387.2-20104.2.7的要求进行试验。 试验设备: 功率分析仪、电流钳、电压探头、U盘。 试验方法: 1)按照模拟试验平台连接好变流器的测试系统,试验设备连接能正常显示需要的测试项波形和数据; 2)通过上位机控制软件给定电流使变流器达到不同的功率点即10%PN、20%PN、30%PN、40%PN、50%PN、60%PN、70%PN、80%PN、90%PN、100%PN,测量电流、电压的谐波含量并记录。 验收要求: 1)测试点: 在变流器与电网连接点之间; 2)结合加载试验,使变流器逐渐达到相应的功率点; 3)根据不同的功率点,测量被测变流器输出交流电流的谐波含量; 4)根据所测数据计算出总的谐波畸变率; 5)变流器50次谐波在内的电压总谐波畸变率应不超过机组未发电时在其输出端测得的10min平均值5%。 5.9直流电流含量测定试验 试验依据: 按照GB/T25387.2-20104.2.8的要求进行试验。 试验设备: 功率分析仪、电流钳、电压探头、U盘。 试验方法: 1)按照模拟试验平台连接好变流器的测试系统,试验设备连接能正常显示需要的测试项波形和数据; 2)结合加载试验,使被测变流器额定运行,通过功率分析仪记录变流器交流端输出电的直流电流含量。 验收要求: 结合加载试验,在额定运行条件下,测量被测变流器向电网馈送的直流电流含量不应超过其输出电流额定值的0.5%。 5.10过载能力试验 试验依据: 按照GB/T25387.2-20104.2.9的要求进行试验。 试验设备: 功率分析仪、电流钳、电压探头、计时器、温度巡检仪、热电偶(温度试纸) 试验方法: 1)按照模拟试验平台连接好变流器的测试系统,试验设备连接能正常显示需要的测试项波形和数据; 2)把热电偶(温度试纸)贴在变流器容易过温的测试点,如电抗器、电容、正负母排等器件,检查温度巡检仪,记录环境温度; 3)结合加载试验,变流器在额定运行至各个器件温升达到稳定值后,在110%的电机侧(厂内: 移相变压器)标称电流容量下,变流器持续运行1min; 4)随后电流降至额定值以下运行一段时间,在整个运行期间,输入电流有效值不超过额定输入电流。 验收要求: 1)在电机侧工作频率范围内,变流器的过载特性应具有反时限特性。 在110%的电机侧标称电流容量下,变流器持续运行应不少于1min; 2)随后电流降至额定值以下运行一段时间,在整个运行期间,输入电流有效值不超过额定输入电流,变流器应能稳定运行,输出各项数据符合设计规格逻辑。 5.11稳定性运行时间试验 试验依据: 按照GB/T25387.2-20104.2.11的要求进行试验。 试验设备: 功率分析仪、温度巡检仪、热电偶、电流钳、电压探头、上位机。 试验方法: 1)按照模拟试验平台连接好变流器的测试系,试验设备连接能正常显示需要的测试项波形和数据; 2)在被测变流器的输出端连接功率分析仪,3个交流电流钳夹变流器输出端的三相电缆,3个电压探头分别接在变流器的输出铜排上; 3)把热电偶贴在变流器容易过温的测试点,如电抗器、电容、正负母排等器件,检查温度巡检仪,记录环境温度; 4)额定条件下,变流器连续运行稳定性进行试验,观察功率分析仪上的波形、温度巡检仪上的温升或者上位机上的检测软件有无故障报警等情况; 5)记录变流器额定运行连续时间; 验收要求: 1)在额定运行条件下,变流器输出各项数据符合设计规格,无故障报警; 2)变流器连续运行时间应不小于72小时。 5.12温升试验 试验依据: 按照GB/T25387.2-20104.2.12的要求进行试验。 试验设备: 温度计、热电偶、热敏元件、红外测温仪等 试验方法: 1)按照模拟试验平台连接好变流器的测试系统,试验设备连接能正常显示需要的测试项波形和数据; 2)使用试验设备在变流器主电路的半导体器件、电阻元件、功率模块电容器、电抗器、断路器、刹车电阻、冷却系统的热阻抗等其他主要部件的规定测试点进行提前处理; 3)被测变流器在额定电流下运行,并且降低水冷系统的水流量或降低风水冷换热器的风机功率达到最恶劣冷却条件,待温升稳定记录规定部位的温升和计算等效结温; 验收要求: 变流器主要部件和部位的极限温升应该符合GB/T25387.2-20104.2.12的表4、表5。 5.13辅助器件检查 试验依据: 按照GB/T25387.2-20104.2.13的要求进行试验。 试验设备: 万用表、噪声计、红外测温仪(热电偶、温度试纸)、风速仪、流量计。 试验方法: 1)检查辅助器件散热风扇、外部电路断路器、断路器装置、快速熔断器、电抗器、电容器,电子元器件是否具备出厂合格证; 2)将辅助器件接至规定的额定电压,检查其运行的机能,如启动、运转、噪声及停机等; 3)当变流器在温升试验中某些部件的温升超过规定时,测量有关冷却系统的风速或泵的流量; 4)当有些辅助器件已单独通过的绝缘试验电压低于其在变流器中可能承受的电压,应按照上述5.2绝缘耐压试验进一步检查其绝缘性能; 5)检查控制设备在轻载和额定电流负载条件进行,检查其静态和动态性能,包括设备在设计允许的供电电压变化范围内的所有值是否运行正常; 6)保护装置检查,检查整定值,正确动作,性能,可靠性,开关的正确设置和协调动作; 验收要求: 1)测试范围: 散热风扇、外部电路断路器、断路器装置、快速熔断器、电抗器、电容器,电子元器件; 2)检查辅助器件性能检查,具备出厂合格证,验证在变流器内运行符合逻辑要求,则不需重复出厂试验; 3)所有的辅助器件设备的性能应符合变流器设计规划规格逻辑要求,风速、流量,承受电压、电流符合设计规格要求,能可靠动作。 5.14保护功能试验 试验规则: 保护功能包括各种过流保护装置的过流整定,快速熔断器和快速开关的正确动作,各种过电压保护设施的按设计要求进行保护动作,冷却系统保护设施的正常工作,作为安全操作的接地装置和开关正确设置以及各种保护器件的互相协调工作。 保护功能的检验应尽可能在不使变流器各部件受到超过其额定值冲击的条件下进行。 5.14.1过电流保护试验 试验依据: 按照GB/T25387.2-20104.2.14.2的要求进行试验。 试验设备: 上位机和控制软件。 试验方法: 使用模拟方法进行试验。 1)按照模拟试验平台连接好变流器的测试系统; 2)不控整流+BOOST升压+变流器的拓扑结构: 通过对被测变流器中电网侧变流器的直流侧与电网之间做无功循环;调整被测变流器的过流保护设定值,给定一个电流值观察变流器的动作。 验收要求: 变流器故障报警并做出设计逻辑规定的动作。 5.14.2缺相保护试验 试验依据: 按照GB/T25387.2-20104.2.14.3的要求进行试验。 试验设备: 上位机和控制软件。 试验方法: 使用变流器交流端或缺相检测电路逐相断开的方法进行验证功能有效性,或者使用变流器设置缺相进行验证。 1)按照模拟试验平台连接好变流器的测试系统; 2)不启动变流器,使变流器逐相断开; 3)观察变流器动作。 验收要求: 1)测试点: 电机侧,电网侧; 2)变流器能做出设计逻辑规定的动作并故障报警。 5.14.3接地故障保护试验 试验依据: 按照GB/T25387.2-20104.2.14.4的要求进行试验。 试验设备: 上位机和控制软件。 试验方法: 使用模拟方法进行试验。 1)按照模拟试验平台连接好变流器的测试系统; 2)通过加载试验,使变流器额定条件下稳定运行; 3)断开接地进行验证。 验收要求: 1)变流器应设置接地故障保护以防止接地漏电流超过允许值; 2)变流器能做出设计逻辑规定的动作并故障报警。 5.14.4冷却系统故障保护试验 试验依据: 按照GB/T25387.2-20104.2.14.5的要求进行试验。 试验设备: 上位机和控制软件。 试验方法: 使用模拟方法进行试验。 1)按照模拟试验平台连接好变流器的测试系统; 2)通过加载试验,使变流器额定条件下稳定运行; 3)关闭冷却系统或使冷却系统输出节点动作进行验证。 验收要求: 变流器能做出设计逻辑规定的动作并故障报警。 5.14.5过热保护试验 试验依据: 按照GB/T25387.2-20104.2.14.16的要求进行试验。 试验设备: 上位机和控制软件,测温枪,热电偶,热敏元件,红外线成像仪。 试验方法: 使用模拟过温信号(将温度检测元件加热至预期的保护动作点)的方法进行验证。 1)按照模拟试验平台连接好变流器的测试系统,试验设备连接能正常显示需要的测试项波形和数据; 2)通过加载试验,使变流器额定条件下稳定运行; 3)将温度检测元件加热至预期的保护动作点进行验证或者调整变流器的过热保护值进行验证。 验收要求: 1)测试点: IGBT模块,电抗器,电容器; 2)变流器能做出设计逻辑规定的动作并故障报警。 5.14.6过/欠压保护试验 试验依据: 按照GB/T25387.2-20104.2.14.7的要求进行试验。 试验设备: 上位机、控制软件、模拟电网、示波器、电压探头。 试验方法: 1)按照模拟试验平台连接好变流器的测试系统; 2)通过加载试验,使变流器额定条件下稳定运行; 3)直流环节过/欠压: 可通过调整设定的保护值,增加或降低直流环节的电压,观察变流器的动作; 4)网侧过/欠压: 操作步骤见4.2.3电网适应能力中的4.2.3.1电网电压适应能力试验; 5)发电机过压保护(厂内相当于移相变压器): 通过模拟发电机端电压以检测被测变流器中电机侧变流器过/欠压保护的正确动作,或通过与发电机频率、幅值等同的信号模拟发电机端电压检测信号以检测过/欠压保护的正确动作。 验收要求: 变流器在相应的电压范围内能做出设计逻辑规定的动作并故障报警。 5.14.7过/欠频保护 试验依据: 按照GB/T25387.2-20104.2.3的要求进行试验。 试验设备: 上位机、控制软件、模拟电网、示波器、电压探头。 试验方法: 可施加一变化的频率,也可针对过频率、欠频率检测电路施加模拟信号或者采用修改过频率、欠频率保护值的方法验证,但应保证传感器在范围内有效。 1)按照模拟试验平台连接好变流器的测试系统; 2)通过加载试验,使变流器额定条件下稳定运行; 3)通过上位机施加变流器一个变化的频率,并修改变流器的过/欠频保护值进行验证; 4)观察变流器的动作; 验收要求: 1)测试点: 变流器电网侧; 2)变流器在相应的频率范围内能做出设计逻辑规定的动作并故障报警; 3)相应的跳闸时间应符合GB/T25387.2-20104.2.4表3异常频率的响应。 5.14.8通讯故障保护试验 试验依据: 按照GB/T25387.2-20104.2.14.8的要求进行试验。 试验设备: 上位机、控制软件。 试验方法: 1)按照模拟试验平台连接好变流器的测试系统; 2)通过加载试验,使变流器额定条件下稳定运行; 3)模拟变流器与上位机通讯故障状态,如上位机下发一个状态转换的指令给变流器,变流器正确执行指令后,状态反馈上传时,出现故障,观察变流器的动作。 验收要求: 变流器能做出设计逻辑规定的动作并故障报警。 5.14.9电网断电保护试验
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