風電場箱變繞組燒毀原因分析與預防措施

嚴文斌

(大唐涼山新能源有限公司，四川 西昌 615000)

做好風機箱式變壓器(以下簡稱箱變)從設計、制造、運輸、安裝、試驗、運行維護等每個環節都存在安全隱患。做好箱變繞組燒毀原因分析和預防措施有非常重要的意義，只有做好這些工作，才能夠提高風電場安全穩定運行帶來的經濟效益。當前國外主要從材料優選、結構設計等方面進行研究，這一研究的結果雖然被廣泛的應用，但是我國的箱變繞組應用環境和國外有很大的差別，我國需要針對具體的應用環境進一步挖掘箱變繞組燒毀原因。國內學者主要從探討這一問題的價值和意義及宏觀的層面來分析箱變繞組燒毀的故障。該次則是從理論及實踐出發，現以某風電項目風電場發生的箱變B相本體繞組燒毀的案例來說明如何處理和預防變壓器燒毀故障。采用這種研究方法，能夠把宏觀的研究和微觀的案例相結合，說明理論在具體的環境中操作的要點。

1 燒毀的原因分析

當前電力設備以使用干式變壓器為主，當變壓器內部通過高負荷運行發熱時，變壓器的輔助散熱設備(本體繞組軸流風機、室內排風扇)應及時啟動，并滿足當前條件下散熱的要求，然而當變壓器在運行時發生局部異常升溫時，輔助散熱設備如不滿足散熱功能要求，在持續的高溫運行下，導致變壓器燒毀[1](見圖1)。

圖1 現場變壓器B相繞組燒毀

于是可以看到變壓器繞組燒毀造成的因素為：①變壓器本身的結構、材料等不符合使用要求；②控制回路邏輯、接線及設備選型不可靠；③周圍的環境又讓變壓器本身的結構、材料發生變化，令原先符合標準的結構和材料不再符合標準。這三項因素會造成變壓器出現燒毀現象[2]。

2 預防措施

變壓器繞組故障實際上是可以提前預防的。如果應用先進科學技術發現問題，能夠優化工作制度即時處理問題，那么便可以減少安全故障發生的機率。在解決變壓器燒毀問題時，不能僅僅只是發現問題以后再去解決問題，而是要分析問題產生的根本原因是什么，在處理了問題以后，需要做好安全事故預防措施。要避免電壓器燒毀現象，就要做到早預防故障、早發現問題、早處理故障。否則，風電場在運行時將會出現較為嚴重的安全事故[3]。

為了減少故障發生，需采取以下的預防措施：①加強駐廠監造管理對箱變從設計、用料選型、制造、檢測、出廠試驗等各環節進行嚴格的把關；②加大箱變運行的巡回檢查力度，發現異常及時通過降低負載、停機等處理方式；③施工安裝期間，箱變基礎水平度必須滿足設計要求，安裝過程中避免主件結構碰撞，同時各部位連接螺栓必須滿足100%緊固；④在滿足設備安全運行的前提下，調整提高溫控回路的熔斷器的熔芯電流值；⑤在設備選型上計算好風機功率配置，合理增加軸流風機、室內排風扇數量；制造過程中重點對變壓器的結構，減小首端的橫向油道，降低首端線段的沖擊梯度，以降低首端線段棱角處的最大場強和匝間電壓。即時發現安全隱患，避免箱變繞組燒毀可以避免安全事故發生。

同時加強現場施工管理，在風電工程項目的施工管理中，需要不斷提高工程的施工技術，在每一個施工環節中，需要做好技術交底，每一施工步驟，都需要對技術進行更新，優化工程項目的施工。對每一環節的技術進行記錄，每一項技術方案都需要確定，能夠為以后的工程施工奠定良好的基礎，需要相關的施工管理部門重視施工管理，采取相對應的施工管理措施[4]。

3 案例分析

2021年10月、2022年1月某風電項目分別累計發生4起風機箱變在運行過程中，干式變壓器B相著火，本體繞組燒毀，風電機組停運，對該項目公司造成了一定的經濟損失。在四起批次故障發生以后，為防止變壓器燒毀故障再次發生，及時更換了本體主件，恢復正常運行(見圖2)。

圖2 更換變壓器

通過調取歷史運行記錄及現場查勘分析主要原因有以下幾種：①箱變低壓側溫控器無顯示，室內軸流風機、排風扇停止運行，經排查為溫控器上端電源5A保險熔芯燒毀所致。歷史記錄繞組最高溫度為77.96℃，在尚未達到風機溫度啟動值時該保險熔芯就已經燒毀，變壓器持續高溫運行，最終導致本體繞組燒毀。②箱變溫控回路邏輯、接線方式以及設備元器件配置選型上可能存在影響動作可靠性的問題。③變壓器壓緊結構不良，如果出現了線圈動穩定性較差的問題，有時會因為短路而出現燒毀的故障。特別是當變壓器運作出現了特殊的情況，讓本體繞組承受較大的電壓時，變壓器燒毀事故便會發生。④繞組本身結構出現了螺母松動的情況時，有時會出現連接觸電阻過大的問題，從而引發局部過熱，而這一故障不排除因接觸松動過熱，導致局部件過熱從而造成高溫燒毀事故。⑤如果硅鋼片之間的鐵芯與夾緊螺栓之間的絕緣損壞，會造成渦流發生現象，從而燒壞鐵芯。

通過更換設備做好預防措施，讓預防的效果達到技術條件要求：①購買測量變壓器繞組溫度、箱變高低壓室環境溫濕度；②設備功能具有輸出一組繞組溫度的4～20 mA電流信號、兩組環境溫度(或者濕度)的4～20 mA電流信號；③設備功能具有一組變壓器繞組溫度超溫報警輸出、二組變壓器繞組溫度跳閘信號輸出、二組加熱除濕負載輸出；④采用RS485通訊接口，可將相關信息傳給上級監控系統；⑤具備煙感信號和門鎖信號監控功能，并能實現遠方監控；⑥滿足本工程現場使用環境；⑦采用鋁合金殼外殼設計，抗電磁干擾能力強；⑧采用進口傳感器芯片。做好以上措施，能讓設備在遭受破壞，結構和材料發生變化以后，能夠及時得到報警，做好相應的預防措施處理工作。

箱變安裝結束后，應注重設備調試管理。風電場調試是檢驗前期施工成果的關鍵環節，也是風電場又好又快實現收益的重要步驟。過去人們側重研究技術層面的理論和方法，如技術參數、調試方案、設備匹配等問題，很少從過程控制理論角度，優化組織結構、注重工作計劃、加強工作協調、實施過程監控和結果考核。設備和施工質量是調試按期完成的前提，綜合運用過程控制理論與方法則是重要保證[5]。

4 結 語

通過這一次箱式變壓器繞組燒毀的案例，可以分析判斷出變壓器故障發生的主要原因，發生故障要從設計源頭開始摸排，每個環節都不容忽視，直至找到問題發生的根本原因并做好故障的排除工作。而如果要減少根本隱患，需要從提前預防措施做起，減少故障的發生，減少安全隱患可以從控制安全因素，減少安全隱患著手。做好即時監控，在安全隱患出現即時得到預警，可以避免安全隱患擴大造成安全事故。風電場運行過程中，應杜絕設備安全事故的發生，提高電力系統可靠性和穩定性，對企業的生存發展以及社會效應均有著非常重要的價值和意義。