關于風電變壓器典型故障分析

袁乙專

摘 要：我國風力資源豐富，伴隨科學技術的發展，風力發電憑借綠色環保優勢成為新階段我國重要的發電形式。在風力發電場，工作人員接觸到的設備和技術都是在以前工作中所沒有的，一旦出現故障，有價值的故障排除資料少，在技術上還存在一些困難。基于此，本文選擇了一種風電變壓器典型故障，結合實例，對這一典型故障進行分析，旨在為風力發電場提供變壓器故障診斷、排除依據。

關鍵詞：風力發電；變壓器；典型故障

近年來，隨著我國工業的快速發展，環境污染問題也來越嚴重。我國風力資源得豐富，但由于科技水平有限，直到近些年才將風力資源有效開發出來。我國用電量持續增加，以火力發電為主，不僅能源消耗嚴重，而且污染環境。風力發電是近些年興起的一種新型發電方式，不僅能耗低，而且清潔、發電量大，一方面滿足了國內用電需求，一方面利于環境保護。由于我國的的風力發電事業剛剛起步，因此出現故障時，沒有豐富的故障排除經驗，也沒有有價值的資料可供參考。因此，筆者根據自身工作經驗，結合風力發電場實例，對故障問題進行分析。

一、變壓器故障

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，時常會發生690V側主斷路器電源側觸指短路故障。由于該故障頻繁發生，因此，長期以來對變壓器造成嚴重影響，致使變壓器受損。風力發電場組織工作人員實地調查，并進行了幾項常規測試和電壓測試。測試結果表明，之所以頻發出現故障是因為設備合閘彈跳過電壓非常嚴重。

該風力發電場所使用的主要是箱式變壓器，于2010年在一期工程中使用投入30臺，變壓器在運行4年多的時間里，在進行35kV 側負荷開關合閘操作時，690V 側主斷路器電源側觸指短路故障一共發生了20次，并導致其中一臺變壓器損壞，給風力發電場帶來了嚴重的經濟損失。

二、測試試驗

只有全面掌握故障原因，才能找出有效的解決方法及時將故障排除。為了弄清變壓器故障的具體原因，檢測人員對損壞變壓器和相關設備開展了一系列的測試和試驗工作，在測試過程中，對與其運行狀態相同的對變壓器進行了投切操作，從而找出故障到底出在哪里。

1、常規測試

常規測試是分析變壓器故障的基本測試內容，同時也是進行進一步分析故障的前提和基礎。常規測試主要包括以下幾個內容：絕緣電阻測試、直流電阻測試、變比測試以及組別測試。測試階段對L1、L2和L3分接時發現，相比誤差過高，為4.11～5.60%，而數據結果要遠遠超過規程中所規定的標準數據。但是，低壓繞組一側的絕緣電阻非常低，同時也與規程標準嚴重不符，其它常規測試結果顯示一切正常。所有常規測試完成之后，根據測試結果初步判斷，變壓器故障為低壓繞組匝間短路。

2、過電壓測試

過電壓測試需要現場進行，在該項測試中選擇與故障變壓器運行狀態相同的28號變壓器作為測試對象。具體測試內容：合閘操作、分閘操作均為5次。在合閘測試中，變壓器690V側電壓峰值最大為9550V，電壓倍數最大則超過了17倍；在分閘測試中，變壓器690V側電壓峰值最大為1820V，電壓倍數最大為2.5倍。

3、負荷開關測試

通過前文所述，知道該風力發電場變壓器存在過電壓現象，而想要弄清過電壓產生的具體原因，就需要進行負荷開關測試。基于此，檢測人員對與故障變壓器運行狀態相同的28號變壓器35kV側負荷開關開展了特性測試。測試過程中發現，在對負荷開關進行合閘操作時，開關出現了明顯彈跳，彈跳間隔以及持續時間長度在3.55～4.41ms。檢測人員不僅對彈跳進行了仔細觀察和記錄，而且對還將28號變壓器一些較為典型的彈跳波形記錄了下來。

三、變壓器故障分析

根據對電場運行環境的勘查以及查閱相關文獻資料了解到，故障變壓器690V側主斷路器在投入運行之前，絕緣性能極佳，空氣間隙距離以及耐壓水平都在規程的規定范圍之內。因此，我們得出結論：故障變壓器690V側主斷路器不可能由于的受潮或者其它原因導致短路，因此，將這一可能排除。

接下來對故障變壓器接地電阻的數值進行進行確定，根據實地測量結果，接地電阻為1.22Ω。相關規章指出：風力發電場接地電阻必須控制在4Ω以內，測量結果數據要比規定標準小，由此判斷，故障變壓器不是因為35kV變壓器存在接地不良從而導致故障。因此，也將這一可能排除在外。

將上述兩種可能性排除之后，變壓器故障原因范圍縮小。根據測試發現，子啊的發電場未安裝任何過電壓保護裝置的情況下，在變壓器運行時，對28號變壓器690V相間最大合閘過電壓數值進行了測量，為12320，而原來的過電壓數值為513，超出21倍之多。而測量結果已經遠遠超過了變壓器690V側主斷路絕緣水平，該類型變壓器說明書明確指出，額定沖擊耐受電壓值為12kV。在合閘時，由于彈跳現象導致頻繁出現過電壓現象，這樣一來就擊穿了變壓器690V側主斷路器電源側的絕緣，從而出現短路。而短路的出現致使變壓器在短路電流以及過電壓的共同作用下出現線圈匝間短路，電路燒毀十分嚴重。因此，可以確定，這就是變壓器的故障原因。

四、結論及建議

為了探尋變壓器故障的具體的所在，本文分別從幾項常規測試、過電壓測試以及負荷開關測試等三個角度入手，尋找原因。通過大量測試得到的數據以及圖形我們不難看出，造成該風力發電場變壓器故障的原因由于合閘彈跳過于嚴重而導致過電壓的產生。而根據查閱大量資料發現，大部分風力發電場變壓器故障也基本都是這一原因造成的，因此對這一典型故障進行分析具有十分重要的現實意義。在本次變壓器故障分析工作中，筆者認為對于出現此類變壓器故障的風力發電場可以參考下面幾條建議：第一，應當對變壓器35kV側負荷開關進行改進，這樣一來，就能從根源上將合閘彈跳現象消除，同時對在合閘瞬間開關彈跳截流出現的過電壓嚴重、內部絕緣被擊穿導致短路的故障能夠起到有效的杜絕作用；第二，需要在690V側主斷路器上安裝電容器，在負荷側安裝氧化鋅避雷器。這樣一旦出現合閘彈跳截流，過電壓的幅值以及陡度也將大大降低，并降低到規定標準范圍內。這兩個裝置的安裝確保了變壓器的穩定運行，大大降低了操作過程中由于過電壓過大太大而導致的的短路發生頻率。上述兩項措施能夠有效預防變壓器故障的產生，為風力發電場的安全、穩定運行提供了保障。

結語：

隨著人們環保意識的不斷增強以及科學技術水平的不斷提高，風力資源將會得到深入挖掘，將會有更多風力資源被應用到風力發電中。從現階段來看，我國風力發電技術還不成熟，變壓器故障頻繁，嚴重影響我國風力發電場的穩定運行。要想找出故障所在，其關鍵就是要明確故障類型，通過一系列測試，最終找出故障根本原因，制定科學合理的故障排除措施，及時將故障排除。本文結合某風力發電場變壓器故障進行了探討，該風力發電場變壓器所出現的故障在其他風力發電場也較為普遍，屬于一種典型的變壓器故障。通過一系列措施將故障原因一一排除，最終明確故障所在。由于該故障具有典型性，因此，本文故障查找思路以及提出的建議可供其它風力發電場參考。雖然目前我國在風力發電方面的技術尚不成熟，變壓器故障研究還處于初級階段，但是，相信在不久的將來，這些技術瓶頸都會被一一克服。

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