兩起光伏變壓器故障原因及措施分析

摘? ? 要：針對采用集中式逆變器的大型并網光伏電站中實際生產中遇到的單相接地、高壓斷線等故障，分析了故障發生的原因，探討了處理方法，對電站生產運維具有一定的指導意義。

關鍵詞：箱式變壓器; 單相接地; 高壓斷線;

0 引言

發生箱變故障的電站總裝機容量50 MWp，光伏組件采用EG-255P60-C組件，逆變器為集中式逆變器，單機額定容量500 kW，箱式變壓器為ZGS11-Z.T-1000/38.5型雙二次繞組變壓器，額定容量1 000 kVA，聯結組別為D-y11，y11。1臺箱式變壓器帶2臺集中式逆變器，全站共50臺箱式變壓器，以5回35 kV線路通過地埋電纜接入光伏電站35 kV母線側。

變壓器內部采用三相三柱式鐵芯，鐵芯柱和鐵軛由鋼片疊加而成，采用斜接縫搭接，接縫形式為五步搭接，此種搭接形式可以有效降低鐵芯柱和鐵軛接縫之間產生的損耗。變壓器低壓側為雙繞組，2個低壓繞組依次緊貼鐵芯按雙層螺旋排布進行纏繞，繞組之間由絕緣紙進行絕緣，2個低壓繞組的出頭母排分別布置在變壓器的上下兩端。高壓繞組纏繞在空心的絕緣紙筒上，最后整體套在低壓繞組上。變壓器整體結構分為3部分：高壓室、低壓室、油箱本體及散熱片。

1 低壓側繞組接地故障

1.1 故障情況

某日，電站運維人員對全站箱變進行預防性試驗，在對1號箱變停電做絕緣檢測試驗時，發現1號箱變1號低壓側a1、b1、c1三相對地絕緣電阻為0，1號箱變低壓側斷路器進線母排連接螺栓有燒黑痕跡，螺栓松動。停電之前，該發電單元正常發電，隨后運維人員對該臺箱變進行了直流電阻測試，未發現異常。初步判斷1號箱變1號低壓側內部存在故障需開蓋檢查。開蓋吊出鐵芯后發現1號低壓側a1相繞組出線銅排與支撐夾塊間的絕緣紙放電擊穿，導致a1相母排與鐵芯支架的固定螺栓緊貼，形成接地點。

1.2 故障分析及處理

因箱變的聯結組別為D-y11，y11，低壓側采用中性點不接地方式，當發生單相接地故障時，根據光伏發電特性，從兩個方面對故障情況進行分析。

一是當逆變器工作于離網狀態時，即夜晚或輻照度不足時，逆變器工作于待機狀態。此時，箱變工作于配電狀態，逆變器作為用電負荷由電網通過箱變供給維持逆變器待機狀態的電能。1號低壓側a1相銅排與鐵芯支架固定螺栓間絕緣損壞形成接地點，但系統三相線電壓保持不變，可以正常給逆變器供電。這種狀態不及時發現，持續運行可能導致低壓側兩點或多點接地。

二是當逆變器工作于并網狀態時，因逆變器拓撲結構為無中性線引出的三相三線不接地逆變系統，逆變器控制系統只能測量或控制并網點的線電壓，且零序電流為0。根據逆變器三相穩態模型分析，三相三線不接地系統發生單相接地后，無法形成電氣閉合回路，因此不產生接地電流，等效位在中性點產生接地阻抗。對于三相逆變器輸出回路來說相當于在每一相的輸出回路中串入了阻抗，不破壞系統穩態模型。逆變器可以工作于并網狀態，但是輸出效率降低。

2 高壓側斷線故障

2.1 故障情況

某日，光伏電站36區逆變器故障跳閘，故障報文為低電壓穿越和電網欠壓告警故障，逆變器復位無效，機組故障停機。后臺監控顯示箱變1號、2號低壓側三相交流電壓分別為：ac相280 V AC、bc相250 V AC、ab相46 V AC?，F場檢查發現變壓器內部有輕微放電聲音，變壓器周圍空氣有明顯臭雞蛋氣味。運維人員立刻對箱變所在集電線路停電后進行故障排查，測量箱變高壓熔斷器保險正常，測量箱變高、低壓側相對地絕緣正常，在測量箱變高壓側相間絕緣時發現A相繞組與其他兩相繞組的絕緣電阻為無窮大，初步判斷箱變高壓側A相存在斷線情況。進一步對箱變高壓側繞組進行直流電阻測試，BC相直流電阻正常，AC相和AB相直流電阻為無窮大，確定箱變高壓側A相斷線。返廠開蓋后，發現A相高壓負荷開關與高壓保險之間的連接線燒斷，連接線從絕緣損壞到燒斷的過程中箱變內部存在放電打火現象，造成變壓器油嚴重污染。

2.2 故障分析及處理

箱變高壓側斷線一般分為高壓引線斷線和高壓繞組斷線。本文故障變壓器高壓側繞組采用三角形接線，在故障測量時，AC相和AB相直流電阻為無窮大，BC相直流電阻偏小，符合一相高壓引線斷線的故障特征。高壓繞組斷線后，以一相高壓繞組斷線為例，斷線相與相鄰繞組的直流電阻將增加2倍，其余兩相直流電阻不變。

在電氣量變化方面，高壓側無斷線相線電壓保持不變，斷線相的兩個線電壓大小變為原線電壓的一半。低壓側有兩相線電壓相等且略小于原線電壓，一相線電壓理論上降低為0，但實際測量時因感應電壓的存在，測量值在幾十伏左右。

3 防范措施

1）低壓側采用星形接線且無中性點引出線的箱式變壓器，當發生單相接地故障后，因無零序電流產生，且三相線電壓未發生變化，逆變器仍可以工作于發電狀態，一方面不利于故障排查，另一方面會導致故障的擴大，存在較大的安全隱患。結合現場實際情況，在逆變器交流輸出端增加了絕緣監測裝置，系統并網前加入了絕緣合格的啟動條件，如果絕緣檢測不合格，系統報絕緣故障，不能并網發電。對于新建光伏電站，建議設備選型時選擇三相四線逆變器，箱式變壓器匹配D-yn11，yn11接線組別變壓器。

2）電站日常運維應重視變壓器的絕緣監測，定期進行絕緣檢測工作。特別是采用星形接線且無中性點引出線的箱式變壓器的電站，應增加絕緣檢測的頻率，建議1個月進行一次箱變低壓側絕緣檢測工作。

3）預防箱變內部絕緣故障，應重視油樣化驗工作。從本文發生的兩起高壓故障來看，產生斷線和繞組短路都是因為存在內部絕緣薄弱點。內部絕緣故障前期要經歷一個絕緣惡化的過程，在這個過程當中會發生局部的過熱，定期進行油樣化驗，可以及時發現絕緣惡化的過程，進行故障提前干預，降低故障損失。對于日常運行中油溫明顯偏高的變壓器，尤其要加強日常巡視并增加油樣化驗的頻率。

4）應重視電站投建時的技術選型工作，在進行箱式變壓器選型時要結合整體電氣設計、當地電網運行特點、現場自然環境等因素，特別關注鐵芯材料、繞組規格、絕緣材料的使用，增加與生產廠家的技術溝通，確保所選用產品的合格性和合理性。

參考文獻

[1] HEATHCOTE Martin J.變壓器實用技術大全[M].北京：機械工業出版社，2008：82-126.

[2]趙霞，羅蘭，汪凡，等.含不接地逆變電源的中低壓配電網三相潮流模型[J].中國電機工程學報，2016（20）：5421-5423.

[3]楊建國，鹿優.中性點不接地系統單相不完全接地故障分析[J].山東電力技術，2013（6）：52-54.

[4]李強，孫昭昌，程謀銓.一起站用變壓器斷線故障試驗分析[J].山東電力技術，2013（1）：41-42.

[5] 中華人民共和國電力工業部.電力設備預防性試驗規程：DLT596—2005[S].北京：中國電力出版社，2005.

作者信息：楊婷婷，國網福建省電力有限公司安溪縣供電公司，工程師