【摘要】為解決風(fēng)冷SVG設(shè)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(wěn)定運行，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)備室負壓情況、增加設(shè)備絕緣等級，從而提升設(shè)備運行穩(wěn)定性。

　　

　　【關(guān)鍵詞】風(fēng)道改造  板件涂裝  功率柜

　　

　　

　　為應(yīng)對全球氣候變化，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，裝機容量爆發(fā)式增長。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，這就導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機組的輸出功率是波動的，隨之帶來的是風(fēng)電場并網(wǎng)點功率因數(shù)和電能質(zhì)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(diào)節(jié)能力的無功補償裝置（即SVG）應(yīng)運而生。SVG在風(fēng)力發(fā)電方面運用廣泛，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，通過實時調(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)出的無功電流，實現(xiàn)動態(tài)無功補償。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、價格高的特點，水冷循環(huán)系統(tǒng)的應(yīng)用遠滯后于風(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)控制方法比較簡單，通過直接控制大功率散熱風(fēng)機啟停，將鏈接單元所產(chǎn)生的溫度通過風(fēng)道抽出，實現(xiàn)對鏈節(jié)單元的降溫。該系統(tǒng)雖具有結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜的優(yōu)點，但缺點同樣突出，因風(fēng)道直排室外，設(shè)備室出風(fēng)量遠大于進風(fēng)量，SVG設(shè)備室在設(shè)備運行期間呈現(xiàn)出嚴重的負壓情況，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，大量灰塵、水汽附著在SVG功率柜內(nèi)器件上，導(dǎo)致器件間絕緣等級降低，時常出現(xiàn)鏈接電壓不平衡、鏈接單元及其板卡元件擊穿的情況。

　　

　　

　　寧夏回族自治區(qū)地處中國內(nèi)陸，屬溫帶大陸性干旱、半干旱氣候，日照充足，蒸發(fā)強烈，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(shè)置大功率散熱風(fēng)扇1臺，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)電場運規(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)量大于進風(fēng)量，設(shè)備室在SVG設(shè)備運行狀態(tài)下出現(xiàn)負壓情況，且設(shè)備室窗戶因防塵需求加裝濾塵網(wǎng)，進風(fēng)量進一步下降，室內(nèi)負壓情況加劇。電場投產(chǎn)運行一段時間后，門窗產(chǎn)生不同程度的損壞，室外灰塵、潮氣通過門窗進入SVG設(shè)備室，對SVG設(shè)備的安全穩(wěn)定運行造成一定影響，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)定運行，需要對SVG設(shè)備進行針對性優(yōu)化改造。一是通過風(fēng)道改造減小設(shè)備室內(nèi)負壓，降低設(shè)備室進灰和設(shè)備凝露風(fēng)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(fēng)冷SVG常見問題

　　

　　

　　1、SVG設(shè)備室產(chǎn)生負壓的主要原因是設(shè)備室出風(fēng)量大于進風(fēng)量，降低設(shè)備室出風(fēng)量或提高設(shè)備室進風(fēng)量是解決負壓問題的關(guān)鍵。由于提高進風(fēng)量需要對設(shè)備室土建結(jié)構(gòu)進行調(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)進行限流或阻斷，降低設(shè)備室出風(fēng)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(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個季度的試運行，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37℃，已遠超電場運規(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)溫度不利于運維人員進入設(shè)備室開展巡檢和維護工作。總結(jié)首臺SVG風(fēng)道改造經(jīng)驗，技術(shù)團隊設(shè)計出第二代改造方案，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)備無需停機。

　　

　　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（防止異物進入）；

　　

　　模式切換：

　　

　　（1）春末夏初多凝露季節(jié)和沙塵天氣時，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)備室負壓，達到降低潮氣和沙塵進入設(shè)備室的目的。同時，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，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)備滿負荷運行時，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運行溫度過高停機故障的發(fā)生。

圖2 風(fēng)道改造示意圖圖片

　　

圖3 風(fēng)道改造實際效果圖

　　

　　本項改造可根據(jù)外部氣候環(huán)境和設(shè)備負荷情況靈活地完成內(nèi)外循環(huán)切換，操作方便，且無需設(shè)備停電，對設(shè)備室灰塵和凝露情況能達到很好的抑制效果。

　　

　　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)備依然存在因運行工況變化而需切至風(fēng)道外循環(huán)模式的情況，此時，設(shè)備室進灰塵和設(shè)備凝露的風(fēng)險依然存在，雖然該風(fēng)險發(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)備長時間處于風(fēng)道外循環(huán)模式下運行，該風(fēng)險的發(fā)生概率也會隨之增長。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)，可通過對鏈接單元板卡進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(shù)、新材料在國內(nèi)得到快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。使用時無需調(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、附著力強、使用壽命長。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)時需注意，圖4中黃色標志區(qū)域為重點涂覆區(qū)，所有針腳必須涂覆，不允許出現(xiàn)氣泡和漏涂現(xiàn)象；藍色標志區(qū)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(xiàn)氣泡和流掛現(xiàn)象；涂覆完成后，需靜置1小時以上，使涂層達到表干狀態(tài)，方可進行后續(xù)工作，涂層完全固化需要24小時以上；如現(xiàn)場板卡有腐蝕、老化跡象，無法保證涂覆后設(shè)備運行的穩(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)備室負壓、積灰和凝露情況明顯下降，且已安全穩(wěn)定運行超16個月，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)備年運行小時數(shù)由8727.48小時提升至8760小時；

　　

　　（2）以QPMCN-600B型鏈節(jié)單元監(jiān)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(fēng)冷SVG設(shè)備共計更換、維修處理27塊鏈節(jié)單元監(jiān)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(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，每年就可以為電場節(jié)約7萬元左右的備件成本；

　　

　　（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啟動柜改造前后柜內(nèi)環(huán)境對比

　　

　　5、總結(jié)

　　

　　以上是對提升風(fēng)電場風(fēng)冷SVG設(shè)備運行穩(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，設(shè)備改造后的安全穩(wěn)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(yè)提供了寶貴經(jīng)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(fēng)設(shè)計手冊.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1993.

　　

　　[2]朱衛(wèi)東.SVG產(chǎn)品的散熱研究及實用設(shè)計[D].山東大學(xué),2013.

　　

　　[3]李海峰.SVG設(shè)備排風(fēng)系統(tǒng)改造[J].電工技術(shù), 2016.

　　

　　作者：寧夏嘉澤新能源股份有限公司 王正川

　　

　　來源：《風(fēng)能產(chǎn)業(yè)》2022.09