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某风电场一期项目配备了33台金风GW77/直驱机组，这些机组采用了倍福主控、SWITCH变流器以及SSB变桨系统。自年投产以来，初期机组运行稳定。然而，近年来变流器系统的故障率呈现出上升趋势，特别是变流器过流故障，给维护工作带来了不小的挑战。在此，我们将分享在现场维护过程中积累的心得，以期共同提升故障处理能力。

首先来了解一下SWITCH变流器的基本工作原理变流器在风机系统中扮演着至关重要的角色，它负责将风能高效转化为适合电网的电能。发电机产生的交流电，其电压和频率都不稳定，会随着叶轮转速的变化而波动。通过电机侧的整流单元（INU），交流电被转换为稳定的直流电，并输送到直流母排上。随后，逆变单元（AFE）将直流电进一步逆变为与电网相匹配的电能形式，从而送入电网。

为了确保变流器系统的安全稳定运行，还配备了一个过压保护单元（CHOPPER）。在某种异常情况导致直流母线上的能量无法正常输送至电网时，该保护单元能够迅速发挥作用，通过电阻发热的方式消耗多余能量，有效避免直流母线电压过高可能对器件造成的损害。

值得一提的是，SWITCH变流器是由芬兰TheSwitch公司精心研发的。其网侧和电机侧均采用主动整流技术，确保了高效的能量转换。整个变流器结构由五个机柜组成，其中#、2#、4#、5#机柜内的功率模块是核心部件，均由芬兰VACON公司生产。特别值得一提的是，2#柜中的网侧功率单元（U），以及4#和5#柜中的电机侧功率单元（2U3U），它们共同构成了变流器的核心功能。而#柜中的制动单元功率模块（4U），则负责提供必要的制动功能，确保系统的稳定运行。

在风电系统中，变流器模块扮演着关键角色，其电流采集功能确保了系统的稳定运行。

图3展示了变流器模块的内部原理图。

该模块单体由六个IGBT（绝缘栅双极型晶体管）构成，每个IGBT都配备了一个CT（电流互感器）作为电流采集单元。这些电流量被传送至门极测量板，再通过插针连接至驱动板。随后，驱动板通过排线将数据传输至ASIC板，最终经由光纤与控制盒相连。控制盒内部进行定值核算，若电流值超过触发阈值，则触发过流故障报警。因此，过流故障的检测与报警可能涉及模块内的每一个环节。

图4展示了模块电流信号的采集回路

在Switch变流器中，我们自行开发了NCDrive故障分析软件。当变流器发生故障时，控制盒能够保存故障触发前后共ms的数据，且采样周期精确到ms。通过分析多台机组变流器的过流故障数据，我们发现故障模式与图中的数据颇为相似。

在并网发电状态下，直流母线电压通常维持在约VDC。ASIC板和Drive板的供电均来源于此。当直流母线电压超过约VDC时，这两块板卡将上电，从而建立起变流器模块的通讯。此时，电流信号、温度信号以及驱动信号等通过采集回路被传递至控制盒，以便进行故障判断。值得注意的是，当直流母线电压在VDC左右时，由于IGBT尚未调制，理论上应无电流产生。因此，此时出现的过流故障可能是“假过流”故障。

图5展示了故障文件的数据分析

在深入探究过程中，我们拆解了变流器故障模块，试图通过更换ASIC板和Drive板卡来解决问题。然而，故障现象并未因此消除。进一步拆解后，我们发现门极测量板与IGBT的连接方式是压接，通过弹簧针作为连接桥来传输IGBT驱动信号、电流采集信号以及IGBT温度信号等关键信息。这些信号的稳定性在很大程度上取决于弹簧针的性能。

值得注意的是，本风电场的变流器模块自年投运以来，已经持续运行了2年。在这期间，弹簧针在微压缩状态下工作，其弹性与通过的电流热膨胀共同作用。经过对多台具有相同问题的模块进行拆解，我们发现门极测量板与弹簧针的压接已经出现问题，这可能是导致微变流器模块故障的根本原因。

图6展示了门极测量板的细节。

在拆解过程中，我们发现门极测量板与IGBT的连接方式为压接，通过弹簧针进行信号传输。然而，随着变流器模块长达2年的持续运行，弹簧针在微压缩状态下工作，其弹性与通过的电流热膨胀相互影响。经过对多台故障模块的拆解观察，我们发现门极测量板与弹簧针的压接处已出现问题，这可能是造成微变流器模块故障的关键因素。

图7展示了弹簧针（金针）的细节。

针对Switch变流器模块出现的问题，经过深入研究分析，我们总结出以下两个解决方案。首先是门极驱动板维护，具体步骤包括将功率单元倾斜放置，拆卸IGBT上的门极驱动板，使用防静电软毛刷清除板上的灰尘，并用无尘布进行彻底清洁。特别需要注意的是，要反复擦拭门极驱动板与IGBT金针的接触面，以确保彻底去除表面的灰尘和氧化物。

2IGBT金针的维护

a)先用无尘布轻轻擦拭IGBT表面的灰尘，重点要反复清洁IGBT金针的顶部，以确保彻底清除金针表面的灰尘和氧化物。b)接下来，需仔细检查IGBT金针顶端与IGBT封装面之间的距离。若发现距离过近，应取出相应的金针进行轻微拉伸，以消除金针的疲劳状态，从而确保其保持足够的弹性。

效果评估

通过深入分析变流器的故障数据，我们可以准确判断出是否遭遇了“假过流”故障。一旦确认，便可以采取针对性的维护措施，而非以往的整体更换变流器模块。这样的优化方案不仅节省了备件成本，还显著缩短了停机时间，具有广泛的推广价值。

参考文献：

[]GW-07FW.05金风变流器故障解释手册(5MWI型、0MWIV型、PCS05I型)_故障重构版，作者：王云广。[2]《NX_MU_C》Vacon变流模块手册。[3]《NXPLiquidcooled_brochure_CH》Vacon变流模块手册。[4]《liquid_cooled_MU_chinese》Vacon变流模块手册。

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