風(fēng)電站經(jīng)常設(shè)置在海岸或者山區(qū)等偏遠(yuǎn)地方，利用高壓直流傳輸系統(tǒng)（HVDC）連接到主網(wǎng)絡(luò)。這些系統(tǒng)以及組件必須滿足極端的穩(wěn)定性要求，需要服役超過30年。風(fēng)能一般采集于當(dāng)?shù)氐腁C網(wǎng)絡(luò)，通過整流器轉(zhuǎn)化為DC然后傳輸?shù)绞褂玫兀谑褂玫赝ㄟ^逆變器把DC轉(zhuǎn)換為ＡＣ。在此操作過程中，系統(tǒng)元件受到了廣泛的應(yīng)力應(yīng)變。例如，逆變器機(jī)構(gòu)由整流功能引起的機(jī)械振動、由電流引起的機(jī)械機(jī)構(gòu)共振。這些狀況必須引起足夠的重視才能避免器件過載損壞。通過振動測試可以確定器件的本征振動，從而改進(jìn)設(shè)計。
實(shí)驗(yàn)搭建
使用PSV-400-3D掃面式激光測振儀測量轉(zhuǎn)換器模塊工作過程中引起的振動，測試模型是由國家電網(wǎng)提供的縮小版，與實(shí)際的系統(tǒng)具有相同的特性，如圖1、2所示。由于高壓，大部分的測試設(shè)備搭建在安全區(qū)域外，只有掃描頭放置在里面。使用OFV-505單點(diǎn)激光測振儀作為參考傳感器，通過BNC連接到掃描式激光測振儀的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。參考信號提供相位參考，使順序測量的多點(diǎn)振動數(shù)據(jù)形成振型。
圖1 HVDC 測試系統(tǒng)搭建，前面測試
圖2 HVDC 測試系統(tǒng)搭建，后面測試
預(yù)測試
首先測量多個部件的振動特性，選擇機(jī)械結(jié)構(gòu)上多個點(diǎn)進(jìn)行測試。設(shè)計開發(fā)前，必須確定器件的載荷譜。測試在多個工作場景下進(jìn)行，分級測試直到全載荷。包括設(shè)置準(zhǔn)備和噪聲確定，總計進(jìn)行了20組測試，每組持續(xù)10分鐘。每個測試選取52個測量點(diǎn)，帶寬800Hz，分辨率1Hz，10次平均。
驗(yàn)證測試
進(jìn)行了額外的測試驗(yàn)證振動優(yōu)化的轉(zhuǎn)化器模塊，包括六個能量模塊以及它們的電容。首先從前面測試整個系統(tǒng)，測試各種電流負(fù)載的初始狀態(tài)，如圖3所示。此外，我們更換不同組件進(jìn)行了進(jìn)一步的測試。前面測試完成后我們從轉(zhuǎn)換器后面測試了電容模塊，如圖4所示。激光測振儀的一個主要優(yōu)勢是可以把前后面測試的數(shù)據(jù)結(jié)合到一起，形成整個系統(tǒng)綜合的振動視圖。
圖3 轉(zhuǎn)化器前面部件振型
圖4 轉(zhuǎn)化器后面部件振型
結(jié)論和展望
三維掃描式激光測振儀可以快速提供主要轉(zhuǎn)換器模塊的本征振動數(shù)據(jù)，客戶對測試結(jié)果非常滿意。除了預(yù)防工作頻率引起的結(jié)構(gòu)失效的改進(jìn)設(shè)計，還進(jìn)行了整個系統(tǒng)的低頻共振測試。低頻振動對于地震引起的系統(tǒng)危險具有重要的意義。測試中可以使用大的振動臺或者激振器，它們都可以通過接口由Polytec系統(tǒng)控制。測試中使用的三維掃描式激光測振儀可以采集系統(tǒng)的振動，使振動特性可視化，快速識別共振有可能發(fā)生的區(qū)域。
