關(guān)于風(fēng)電變壓器典型故障分析

袁乙專

摘 要：我國(guó)風(fēng)力資源豐富，伴隨科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電憑借綠色環(huán)保優(yōu)勢(shì)成為新階段我國(guó)重要的發(fā)電形式。在風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，工作人員接觸到的設(shè)備和技術(shù)都是在以前工作中所沒(méi)有的，一旦出現(xiàn)故障，有價(jià)值的故障排除資料少，在技術(shù)上還存在一些困難。基于此，本文選擇了一種風(fēng)電變壓器典型故障，結(jié)合實(shí)例，對(duì)這一典型故障進(jìn)行分析，旨在為風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)提供變壓器故障診斷、排除依據(jù)。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；變壓器；典型故障

近年來(lái)，隨著我國(guó)工業(yè)的快速發(fā)展，環(huán)境污染問(wèn)題也來(lái)越嚴(yán)重。我國(guó)風(fēng)力資源得豐富，但由于科技水平有限，直到近些年才將風(fēng)力資源有效開(kāi)發(fā)出來(lái)。我國(guó)用電量持續(xù)增加，以火力發(fā)電為主，不僅能源消耗嚴(yán)重，而且污染環(huán)境。風(fēng)力發(fā)電是近些年興起的一種新型發(fā)電方式，不僅能耗低，而且清潔、發(fā)電量大，一方面滿足了國(guó)內(nèi)用電需求，一方面利于環(huán)境保護(hù)。由于我國(guó)的的風(fēng)力發(fā)電事業(yè)剛剛起步，因此出現(xiàn)故障時(shí)，沒(méi)有豐富的故障排除經(jīng)驗(yàn)，也沒(méi)有有價(jià)值的資料可供參考。因此，筆者根據(jù)自身工作經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)實(shí)例，對(duì)故障問(wèn)題進(jìn)行分析。

一、變壓器故障

某風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)在進(jìn)行箱式變壓器35kV側(cè)符合開(kāi)關(guān)合閘操作時(shí)，時(shí)常會(huì)發(fā)生690V側(cè)主斷路器電源側(cè)觸指短路故障。由于該故障頻繁發(fā)生，因此，長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)變壓器造成嚴(yán)重影響，致使變壓器受損。風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)組織工作人員實(shí)地調(diào)查，并進(jìn)行了幾項(xiàng)常規(guī)測(cè)試和電壓測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，之所以頻發(fā)出現(xiàn)故障是因?yàn)樵O(shè)備合閘彈跳過(guò)電壓非常嚴(yán)重。

該風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)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(tái)，變壓器在運(yùn)行4年多的時(shí)間里，在進(jìn)行35kV 側(cè)負(fù)荷開(kāi)關(guān)合閘操作時(shí)，690V 側(cè)主斷路器電源側(cè)觸指短路故障一共發(fā)生了20次，并導(dǎo)致其中一臺(tái)變壓器損壞，給風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)帶來(lái)了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

二、測(cè)試試驗(yàn)

只有全面掌握故障原因，才能找出有效的解決方法及時(shí)將故障排除。為了弄清變壓器故障的具體原因，檢測(cè)人員對(duì)損壞變壓器和相關(guān)設(shè)備開(kāi)展了一系列的測(cè)試和試驗(yàn)工作，在測(cè)試過(guò)程中，對(duì)與其運(yùn)行狀態(tài)相同的對(duì)變壓器進(jìn)行了投切操作，從而找出故障到底出在哪里。

1、常規(guī)測(cè)試

常規(guī)測(cè)試是分析變壓器故障的基本測(cè)試內(nèi)容，同時(shí)也是進(jìn)行進(jìn)一步分析故障的前提和基礎(chǔ)。常規(guī)測(cè)試主要包括以下幾個(gè)內(nèi)容：絕緣電阻測(cè)試、直流電阻測(cè)試、變比測(cè)試以及組別測(cè)試。測(cè)試階段對(duì)L1、L2和L3分接時(shí)發(fā)現(xiàn)，相比誤差過(guò)高，為4.11～5.60%，而數(shù)據(jù)結(jié)果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)規(guī)程中所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。但是，低壓繞組一側(cè)的絕緣電阻非常低，同時(shí)也與規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)重不符，其它常規(guī)測(cè)試結(jié)果顯示一切正常。所有常規(guī)測(cè)試完成之后，根據(jù)測(cè)試結(jié)果初步判斷，變壓器故障為低壓繞組匝間短路。

2、過(guò)電壓測(cè)試

過(guò)電壓測(cè)試需要現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，在該項(xiàng)測(cè)試中選擇與故障變壓器運(yùn)行狀態(tài)相同的28號(hào)變壓器作為測(cè)試對(duì)象。具體測(cè)試內(nèi)容：合閘操作、分閘操作均為5次。在合閘測(cè)試中，變壓器690V側(cè)電壓峰值最大為9550V，電壓倍數(shù)最大則超過(guò)了17倍；在分閘測(cè)試中，變壓器690V側(cè)電壓峰值最大為1820V，電壓倍數(shù)最大為2.5倍。

3、負(fù)荷開(kāi)關(guān)測(cè)試

通過(guò)前文所述，知道該風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)變壓器存在過(guò)電壓現(xiàn)象，而想要弄清過(guò)電壓產(chǎn)生的具體原因，就需要進(jìn)行負(fù)荷開(kāi)關(guān)測(cè)試。基于此，檢測(cè)人員對(duì)與故障變壓器運(yùn)行狀態(tài)相同的28號(hào)變壓器35kV側(cè)負(fù)荷開(kāi)關(guān)開(kāi)展了特性測(cè)試。測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在對(duì)負(fù)荷開(kāi)關(guān)進(jìn)行合閘操作時(shí)，開(kāi)關(guān)出現(xiàn)了明顯彈跳，彈跳間隔以及持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)度在3.55～4.41ms。檢測(cè)人員不僅對(duì)彈跳進(jìn)行了仔細(xì)觀察和記錄，而且對(duì)還將28號(hào)變壓器一些較為典型的彈跳波形記錄了下來(lái)。

三、變壓器故障分析

根據(jù)對(duì)電場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境的勘查以及查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料了解到，故障變壓器690V側(cè)主斷路器在投入運(yùn)行之前，絕緣性能極佳，空氣間隙距離以及耐壓水平都在規(guī)程的規(guī)定范圍之內(nèi)。因此，我們得出結(jié)論：故障變壓器690V側(cè)主斷路器不可能由于的受潮或者其它原因?qū)е露搪罚虼耍瑢⑦@一可能排除。

接下來(lái)對(duì)故障變壓器接地電阻的數(shù)值進(jìn)行進(jìn)行確定，根據(jù)實(shí)地測(cè)量結(jié)果，接地電阻為1.22Ω。相關(guān)規(guī)章指出：風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)接地電阻必須控制在4Ω以內(nèi)，測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)要比規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)小，由此判斷，故障變壓器不是因?yàn)?5kV變壓器存在接地不良從而導(dǎo)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(jù)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，子啊的發(fā)電場(chǎng)未安裝任何過(guò)電壓保護(hù)裝置的情況下，在變壓器運(yùn)行時(shí)，對(duì)28號(hào)變壓器690V相間最大合閘過(guò)電壓數(shù)值進(jìn)行了測(cè)量，為12320，而原來(lái)的過(guò)電壓數(shù)值為513，超出21倍之多。而測(cè)量結(jié)果已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了變壓器690V側(cè)主斷路絕緣水平，該類型變壓器說(shuō)明書(shū)明確指出，額定沖擊耐受電壓值為12kV。在合閘時(shí)，由于彈跳現(xiàn)象導(dǎo)致頻繁出現(xiàn)過(guò)電壓現(xiàn)象，這樣一來(lái)就擊穿了變壓器690V側(cè)主斷路器電源側(cè)的絕緣，從而出現(xiàn)短路。而短路的出現(xiàn)致使變壓器在短路電流以及過(guò)電壓的共同作用下出現(xiàn)線圈匝間短路，電路燒毀十分嚴(yán)重。因此，可以確定，這就是變壓器的故障原因。

四、結(jié)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(xiàng)常規(guī)測(cè)試、過(guò)電壓測(cè)試以及負(fù)荷開(kāi)關(guān)測(cè)試等三個(gè)角度入手，尋找原因。通過(guò)大量測(cè)試得到的數(shù)據(jù)以及圖形我們不難看出，造成該風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)變壓器故障的原因由于合閘彈跳過(guò)于嚴(yán)重而導(dǎo)致過(guò)電壓的產(chǎn)生。而根據(jù)查閱大量資料發(fā)現(xiàn)，大部分風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)變壓器故障也基本都是這一原因造成的，因此對(duì)這一典型故障進(jìn)行分析具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。在本次變壓器故障分析工作中，筆者認(rèn)為對(duì)于出現(xiàn)此類變壓器故障的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)可以參考下面幾條建議：第一，應(yīng)當(dāng)對(duì)變壓器35kV側(cè)負(fù)荷開(kāi)關(guān)進(jìn)行改進(jìn)，這樣一來(lái)，就能從根源上將合閘彈跳現(xiàn)象消除，同時(shí)對(duì)在合閘瞬間開(kāi)關(guān)彈跳截流出現(xiàn)的過(guò)電壓嚴(yán)重、內(nèi)部絕緣被擊穿導(dǎo)致短路的故障能夠起到有效的杜絕作用；第二，需要在690V側(cè)主斷路器上安裝電容器，在負(fù)荷側(cè)安裝氧化鋅避雷器。這樣一旦出現(xiàn)合閘彈跳截流，過(guò)電壓的幅值以及陡度也將大大降低，并降低到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。這兩個(gè)裝置的安裝確保了變壓器的穩(wěn)定運(yùn)行，大大降低了操作過(guò)程中由于過(guò)電壓過(guò)大太大而導(dǎo)致的的短路發(fā)生頻率。上述兩項(xiàng)措施能夠有效預(yù)防變壓器故障的產(chǎn)生，為風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。

結(jié)語(yǔ)：

隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)以及科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，風(fēng)力資源將會(huì)得到深入挖掘，將會(huì)有更多風(fēng)力資源被應(yīng)用到風(fēng)力發(fā)電中。從現(xiàn)階段來(lái)看，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)還不成熟，變壓器故障頻繁，嚴(yán)重影響我國(guó)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。要想找出故障所在，其關(guān)鍵就是要明確故障類型，通過(guò)一系列測(cè)試，最終找出故障根本原因，制定科學(xué)合理的故障排除措施，及時(shí)將故障排除。本文結(jié)合某風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)變壓器故障進(jìn)行了探討，該風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)變壓器所出現(xiàn)的故障在其他風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)也較為普遍，屬于一種典型的變壓器故障。通過(guò)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(fēng)力發(fā)電場(chǎng)參考。雖然目前我國(guó)在風(fēng)力發(fā)電方面的技術(shù)尚不成熟，變壓器故障研究還處于初級(jí)階段，但是，相信在不久的將來(lái)，這些技術(shù)瓶頸都會(huì)被一一克服。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅易.風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)箱式變壓器故障分析[J].房地產(chǎn)導(dǎo)刊，2013（9）.

[2]劉志林.車傳強(qiáng).付文光.席文飛.劉世欣.風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)箱式變壓器故障分析[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2010（6）.

[3]李曉馨.李文維.李子秋.風(fēng)電場(chǎng)變壓器差動(dòng)保護(hù)區(qū)外接地故障誤動(dòng)原因分析 [J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2012（5）.