風力發電場箱式變壓器故障分析

摘要：風力發電是比較新型的一種發電形式，在發電運作的方面由于工作人員所接觸的技術和設備都是以前工作環境中無法提供的，當設備出現故障時，能加以參考的資料文獻較少，技術層面上存在一定的困難，本文結合某風力發電廠故障實例，就風力發電場的箱式變壓器故障作出以下分析。

關鍵詞：風力發電；箱式變壓器；過電壓測試；合閘彈跳過電壓；觸指路故障

作為一項新能源發電的方式，風力發電有著清潔、耗損低、發電量大的有點，我國的風力發電投入運行時間不長，所以當故障發生時，沒有什么可以參考利用的資料。筆者結合自身工作實際，簡要的就某35kV電力發電場的故障實例進行分析。

1.故障問題概述

某風力發電場在進行箱式變壓器35kV側符合開關合閘操作時，經常會出現690V側主斷路器電源側觸指短路故障，由于故障發生頻率較高，所以對箱式變壓器造成了影響，從而導致其受損。經過了現場過電壓測試和其他幾項常規測試后發現，其造成故障的根本原因在于設備的合閘彈跳過電壓十分嚴重。

ZGS-ZF-1600/36.75的箱式變壓器是該風力發電場一期工程中所投入使用的35臺變壓器類型，這一批35臺箱式變壓器的投入時間為2009年8月，到2013年3月4號止，在進行35kV側負荷開關合閘操作時，發生690V側主斷路器電源側觸指短路故障有12次之多，并使得箱式3號變壓器本體遭到了損壞，對發電場的經濟造成了較為嚴重的的損失。

2.測試試驗過程介紹

為了弄清風力發電場箱式變壓器的故障問題所在，電場檢測人員對變壓器及相關設備進行了一系列的測試及試驗，測試試驗的過程中對處于同等運行狀態的箱式變壓器進行了現場投切操作，借此來分析上述故障所產生的原因所在。

2.1常規測試的進行

常規測試是箱式變壓器故障分析所進行的第一步測試內容。檢測人員對出現問題的變壓器分別進行了直流電阻測試、絕緣電阻測試、組別測試及變比測試，測試過程中發現分別對L1、L2、L3進行分接時，發現分接所產生的相比誤差高達4.12～5.63%，這一數據明顯超過了規程標準數據；而變壓器低壓繞組側絕緣電阻較低，也不滿足規程的要求標準。其他常規測試試驗結果正常。在常規測試進行后，對其結果進行分析判斷，可初步認定3號箱式變壓器低壓繞組存在匝間短路的故障。

2.2過電壓測試的進行

過電壓的測試過程都是現場進行，測試對象是與3號箱式變壓器運行工作狀態完全相同的32號箱式變壓器，測試的原理如圖1所示。

測試內容包括5次合閘操作和5次分閘操作，合閘操作的過程中，箱式變壓器690V側最大過電壓峰值達到了9560V，最大過電壓倍數則達到了17.3；分閘操作的過程中，箱式變壓器690V側最大過電壓峰值達到了1823V，最大過電壓倍數則達到了3.5。

2.3負荷開關的特性測試試驗

要想弄清風力發電場箱式變壓器產生過電壓現象的根本原因所在，就必須進行對應的負荷開關特性測試試驗，因此檢測技術人員就對本風力發電場32號箱式變壓器的35kV側的負荷開關進行了特性測試試驗，在測試試驗的過程中，發現在進行負荷開關的合閘操作時，開關有明顯的彈跳現象產生，其彈跳現象的間隔時間和持續時間的長度為3.56～4.42ms之間，除了彈跳現象觀察以外，在測試試驗的過程中，檢修技術人員還對32號箱型變壓器的典型彈跳波形進行了記錄。

3.故障原因的進一步分析

以該風力發電場35kV箱式變壓器運作文獻資料以及電場運作環境的實地勘查狀況分析可知，3號箱式變壓器的690V側主斷路器在投入運行前，其絕緣性能是十分優良的，變壓器的耐壓水平和空氣間隙距離都能夠滿足電場變壓器運行的相關規程要求和標準，從這點觀察判斷中可知，3號箱式變壓器690V側的主斷路器不會是因為受潮或其他原因而造成短路，因此排除了這一可能。

在對3號箱式變壓器的接地電阻進行電阻數值確定時，實地測量的結果顯示為1.23Ω，這一數值遠遠小于風力發電場箱式變壓器接地電阻規章中，接地電阻大小必須小于4Ω的要求規定，因此可以判斷，不是因為該風力發電場35kV的3號箱式變壓器接地不良的原因而造成運行故障，從而排除了這一可能。

當該風力發電場未安裝相應的過電壓保護裝置的運行環境下，測得32號箱式變電器690V相間最大合閘的過電壓數值達到了12320（原基礎的21.4倍），這一數值（倍數）遠遠超過了該類型箱式變壓器690V側主斷路器的絕緣水平（12kV為該類型箱式變壓器的額定沖擊的耐受電壓值），而合閘過程中因彈跳現象而產生的過電壓現象頻繁發生，正是造成箱式變壓器690V側主斷路器電源側絕緣被擊穿，形成短路故障的主要原因，由于其短路現象的發生，導致了箱式變壓器在相間過電壓和短路形成的短路電流的雙重作用下形成線圈匝間短路，并嚴重燒毀。這就是該風力發電場箱式變壓器多次由于故障損毀的主要原因所在。

4.分析結論及相關建議

從常規測試試驗到設備的過電壓測試試驗再到箱式變壓器負荷開關的特性測試試驗，通過對這些測試試驗數據和試驗過程中所記錄的圖形分析不難看出，造成該風力發電場箱式變壓器損壞的根本原因在于嚴重的合閘彈跳現象所產生的過電壓。筆者在對風力發電場的運作方式和故障原因有所了解以后，認為運行維護人員可參考以下運行建議。1.對本風力發電場箱式變壓器的35kV側符合開關作出改進處理，將合閘彈跳的現象從源頭上進行消除，杜絕由于合閘瞬間的開關彈跳截流而產生的嚴重過電壓對箱式變壓器的內部造成絕緣擊穿的短路故障發生；2.對發電場箱式變壓器690V側的主斷路器電源側和負荷側分別加裝吸收能力較優的電容器和氧化鋅避雷器，從而使得合閘彈跳截流過程中產生過電壓的陡度和幅值有所降低，從而達到有效降低在對箱式變電器進行運行操作的過程中由于其過電壓的數值太大而造成短路現象的發生頻率，進而實現保護該風力發電場箱式變壓器正常運行的目標。

綜上所述，風力發電場箱式變壓器的故障分析的關鍵在于弄清故障類型，并在完成了相關測試試驗的過程后，利用排除法來確定故障發生的根本原因所在。本文結合某風力發電場運行狀態中的故障分析實例，簡要的就其分析過程和改進建議兩方面展開了討論，力求故障分析的準確和后期改進的完善能夠減小由于該風力發電場的設備損壞而造成的經濟損失，從而使得電場的運行經濟效益得到全面的提升。

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