風(fēng)電場(chǎng)箱式變壓器故障分析及防范措施

孫 彬

（中國大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究總院有限公司中南電力試驗(yàn)研究院，河南鄭州 450000）

0 引言

2022 年3 月，某風(fēng)電場(chǎng)2 臺(tái)箱式變壓器先后發(fā)生故障，變壓器室有黑煙冒出，進(jìn)一步排查發(fā)現(xiàn)變壓器高壓線圈存在明顯故障點(diǎn)，故障點(diǎn)分別在高壓A 相和高壓C 相線圈（圖1）。

圖1 箱變高壓線圈故障

1 故障分析

1.1 變壓器電壓比及直流電阻測(cè)試

故障發(fā)生后，風(fēng)電場(chǎng)技術(shù)人員立即對(duì)2 臺(tái)故障箱變進(jìn)行了試驗(yàn)分析與解體檢查，測(cè)試變壓器電壓比及直流電阻（表1、表2）。

表1 箱變1 測(cè)試值

表2 箱變2 測(cè)試值

由箱變1 試驗(yàn)結(jié)果可知，箱變高壓側(cè)A 相對(duì)中性點(diǎn)AO 無直流電阻值，箱變低壓側(cè)a 相對(duì)中性點(diǎn)aO 直流電阻值與其他兩相一致，箱變高壓側(cè)A 相對(duì)低壓側(cè)a 相電壓比-91.5%，電壓比已接近100%，與其他兩相偏差較大，說明箱變1 高壓側(cè)A 相線圈內(nèi)部電磁線已熔斷，線圈開路。

由箱變2 試驗(yàn)結(jié)果可知，箱變高壓側(cè)C 相對(duì)中性點(diǎn)CO 無直流電阻值，箱變低壓側(cè)c 相對(duì)中性點(diǎn)cO 直流電阻值與其他兩相一致，箱變高壓側(cè)C 相對(duì)低壓側(cè)a 相電壓比已無法測(cè)試，說明箱變2 高壓側(cè)C 相線圈內(nèi)部電磁線已熔斷，線圈開路。

1.2 故障變壓器解體檢查

基于箱變測(cè)試結(jié)果及初步分析，對(duì)2 臺(tái)故障箱變進(jìn)行解體檢查。揭蓋后發(fā)現(xiàn)2 臺(tái)故障燒毀的變壓器線圈表面有嚴(yán)重熏黑，A 相、C 相燒損嚴(yán)重（圖2）。

圖2 揭蓋情況檢查

對(duì)2 臺(tái)變壓器線圈進(jìn)行解剖，發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)均在B6 段圓周區(qū)域（距端子分接右側(cè)90°位置）內(nèi)層表面已嚴(yán)重?zé)龤В▓D3）。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)解剖情況

故障變壓器1 解體后發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)在A 相高壓側(cè)（圖4），具體解體檢查情況如下：①對(duì)線圈進(jìn)行層間解剖，發(fā)現(xiàn)B6 段故障點(diǎn)第2 層電磁線已嚴(yán)重?zé)龤В姶啪€都已斷開；②對(duì)線圈進(jìn)行層間解剖，發(fā)現(xiàn)B6 段故障點(diǎn)第3 層電磁線已嚴(yán)重?zé)龤В姶啪€都已斷開；③對(duì)線圈進(jìn)行層間解剖，發(fā)現(xiàn)B6 段故障點(diǎn)最外層（第13 層）電磁線也已嚴(yán)重?zé)龤В姶啪€都已斷開；④對(duì)線圈進(jìn)行解剖后，發(fā)現(xiàn)B6 段故障點(diǎn)每層電磁線都已燒毀斷開，即故障點(diǎn)存在層間或匝間短路故障。

故障變壓器2 解體后發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)在C 相高壓側(cè)（圖5），具體解體檢查情況如下：①解剖發(fā)現(xiàn)，短路點(diǎn)位于B6 段位置（距端子分接右側(cè)90°位置），周圍樹脂完全碳化；②短路故障點(diǎn)線段的電磁線全部熔斷，周圍碳化嚴(yán)重。

圖5 箱變2 解體檢查情況

針對(duì)短路點(diǎn)位置碳化嚴(yán)重的情況，在同線圈上距短路點(diǎn)180°的位置選取樣塊A，從檢查情況看，故障線圈B6 另一側(cè)樹脂浸潤(rùn)良好，沒有出現(xiàn)大面積樹脂浸潤(rùn)不充分現(xiàn)象。在與故障線圈同一批次的正常線圈B6 段同一位置選取樣塊B，從檢查情況看，同批次正常線圈B6 與故障線圈同一位置樹脂浸潤(rùn)良好，沒有出現(xiàn)大面積樹脂浸潤(rùn)不充分現(xiàn)象（圖6）。

圖6 樣塊A、B 檢查情況

1.3 故障線圈生產(chǎn)過程追溯

根據(jù)以上試驗(yàn)測(cè)試分析結(jié)果及拆解檢查情況，對(duì)變壓器的原材料使用及工藝制造環(huán)節(jié)進(jìn)行追溯，從人、機(jī)、料、法、測(cè)、環(huán)六方面對(duì)原材料領(lǐng)用、生產(chǎn)過程記錄、工藝執(zhí)行進(jìn)行分析，得出如下結(jié)論：①經(jīng)查人員資質(zhì)符合要求，故障變壓器相關(guān)的繞制人員工齡資質(zhì)都在3 年及以上，能熟練執(zhí)行繞制工藝和操作規(guī)程；②經(jīng)追溯故障變壓器使用的主材，如硅鋼片、樹脂、銅導(dǎo)體等各項(xiàng)指標(biāo)均滿足該項(xiàng)目技術(shù)協(xié)議要求；③檢查故障變壓器線圈繞制、澆注適用工藝文件《三維包線填料線繞高壓線圈繞制工藝》《全自動(dòng)混料填料樹脂澆注固化工藝》，工藝規(guī)范經(jīng)驗(yàn)證后于2013 年11 月發(fā)布并執(zhí)行，已應(yīng)用近10 年未出現(xiàn)質(zhì)量問題屬于成熟工藝；④檢查故障變壓器線圈生產(chǎn)期間環(huán)境無異常，溫濕度均在施工工藝要求范圍以內(nèi)；⑤經(jīng)查故障變壓器出廠例行試驗(yàn)中電壓比測(cè)定、絕緣試驗(yàn)、局部放電測(cè)量等試驗(yàn)數(shù)據(jù)均滿足標(biāo)準(zhǔn)及合同要求。綜上所述，各個(gè)環(huán)節(jié)均符合標(biāo)準(zhǔn)和要求規(guī)定。

2 故障原因分析

根據(jù)對(duì)線圈生產(chǎn)過程的追溯，結(jié)合箱式變壓器故障案例，可能導(dǎo)致類似線圈短路的原因主要有澆注質(zhì)量、異物掉入線圈、線圈特殊工藝處理不當(dāng)、線圈轉(zhuǎn)運(yùn)防護(hù)不當(dāng)、操作工工藝執(zhí)行不到位、電磁線缺陷等。

2.1 澆注質(zhì)量

在澆注過程中，如果澆注設(shè)備異常，如真空度不足、溫度控制異常，可能會(huì)導(dǎo)致線圈浸潤(rùn)不充分或線圈內(nèi)存在氣泡等絕緣缺陷。經(jīng)檢查分析，故障線圈生產(chǎn)期間，澆注設(shè)備沒有任何故障報(bào)修及大修記錄，可排除設(shè)備因素。

另外，故障變壓器采用環(huán)氧樹脂真空澆注工藝，樹脂液體是自下而上浸潤(rùn)，如果存在澆注浸潤(rùn)異常，理論上是澆注最上端，但故障位置位于線圈中間位置，與其本身物理特性不符。并且從解剖現(xiàn)象看，故障點(diǎn)圓周方向（未碳化位置）澆注浸潤(rùn)良好。同時(shí)，如果澆注過程有細(xì)小氣泡，局部放電試驗(yàn)會(huì)出現(xiàn)異常，而故障變壓器出廠時(shí)局部放電試驗(yàn)合格。因此可以排除因澆注質(zhì)量導(dǎo)致線圈故障的可能性。

2.2 異物掉入線圈

線圈繞制過程及吊運(yùn)過程中，如果有異物掉入，會(huì)削弱電磁線表面絕緣性能，導(dǎo)致匝間絕緣影響。按照故障變壓器生產(chǎn)廠家的工藝要求，在線圈焊接、吊運(yùn)過程中，需對(duì)線圈進(jìn)行遮蓋防護(hù)，以防止焊接時(shí)候的焊渣和高空異物掉入。經(jīng)檢查，車間對(duì)該要求執(zhí)行情況良好，排除因異物掉入導(dǎo)致線圈故障的可能性。

2.3 線圈特殊工藝處理不當(dāng)

特殊工藝位置一般指升層、段間過渡、分接引線和電磁線接頭焊接為線圈質(zhì)量關(guān)鍵點(diǎn)，需做絕緣加強(qiáng)處理，如果存在處理不當(dāng)會(huì)造成線圈絕緣性能下降。查線圈圖紙結(jié)構(gòu)和繞制記錄，段間過渡及分接引線焊接端子板與故障點(diǎn)位置不符；升層位置在故障點(diǎn)反方向，與故障點(diǎn)位置不符；2 個(gè)故障線圈除分接引線焊接外，也無電磁線接頭焊接處理。根據(jù)以上分析，排除因特殊工藝處理不當(dāng)導(dǎo)致線圈故障的可能性。

2.4 線圈轉(zhuǎn)運(yùn)防護(hù)不當(dāng)

線圈轉(zhuǎn)運(yùn)過程中，可能會(huì)發(fā)生滾動(dòng)、碰撞，從而損傷電磁線絕緣。故障變壓器生產(chǎn)廠家線圈轉(zhuǎn)運(yùn)過程中均進(jìn)行了防異物掉入和碰撞防護(hù)，圓周方向加塞防滾動(dòng)木塊，線圈不會(huì)發(fā)生滾動(dòng)、碰撞。經(jīng)檢查，上述措施均得到良好執(zhí)行，排除線圈轉(zhuǎn)運(yùn)防護(hù)不當(dāng)導(dǎo)致線圈故障的可能性較低。

2.5 操作工工藝執(zhí)行不到位

操作工在繞制過程中，可能存在暴力敲打、工藝衛(wèi)生執(zhí)行不到位的情況，導(dǎo)致絕緣性能受到影響。經(jīng)查故障變壓器的工藝符合性檢查記錄，沒有發(fā)現(xiàn)有野蠻敲打電磁線和不按工藝要求執(zhí)行的情況。排除操作工工藝執(zhí)行不到位導(dǎo)致線圈故障的可能性。

2.6 電磁線缺陷

無氧銅桿使用連續(xù)擠壓機(jī)，配合相應(yīng)規(guī)格的模具連續(xù)生產(chǎn)而成。在擠壓過程中，由于原材料表面質(zhì)量、硬度、設(shè)備工裝等可能導(dǎo)致電磁線表面出現(xiàn)少量缺陷，如氣泡、缺口、凹凸等。由于擠壓線速度較快（80 m/min），現(xiàn)有電磁線在線檢測(cè)技術(shù)不完善。變壓器生產(chǎn)廠家根據(jù)實(shí)際情況安排專人現(xiàn)場(chǎng)摸線，并配合尼龍絲預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行質(zhì)量控制，但實(shí)際在生產(chǎn)過程中可能存在操作工在摸線時(shí)沒有嚴(yán)格執(zhí)行手不離線，同時(shí)尼龍絲預(yù)警系統(tǒng)對(duì)小缺陷探測(cè)靈敏度較低，可能存在小缺陷被遺漏的現(xiàn)象。

結(jié)合本次故障線圈解剖及追溯情況，2 臺(tái)故障線圈均使用了同一廠家、同一批次的銅桿，綜合檢查分析結(jié)果，認(rèn)為該批次銅桿擠壓的電磁線存在缺陷是導(dǎo)致本次箱變變壓器故障的根本原因。

3 結(jié)論與防范措施

通過對(duì)本次箱式變壓器故障分析，判斷出因電磁線擠壓質(zhì)量缺陷是導(dǎo)致該風(fēng)電場(chǎng)2 個(gè)箱式變壓器高壓線圈故障的根本原因，且同批次銅桿所涉及的其他線圈也存在一定隱患。為了避免同類箱式變壓器故障再次發(fā)生，本文給出如下處理措施與建議：①風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)立即對(duì)同類型箱式變壓器進(jìn)行排查，更換同批次銅桿擠壓的電磁線；②建議在箱式變壓器內(nèi)部應(yīng)增加煙霧傳感器，接入箱變監(jiān)控系統(tǒng)，并與高低壓開關(guān)聯(lián)動(dòng)；③應(yīng)完善電磁線缺陷在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，避免類似事故發(fā)生。