關(guān)于風(fēng)電變壓器典型故障分析

袁乙專

摘 要：我國風(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)勢成為新階段我國重要的發(fā)電形式。在風(fēng)力發(fā)電場，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有的，一旦出現(xiàn)故障，有價值的故障排除資料少，在技術(shù)上還存在一些困難?；诖?，本文選擇了一種風(fēng)電變壓器典型故障，結(jié)合實例，對這一典型故障進行分析，旨在為風(fēng)力發(fā)電場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，隨著我國工業(yè)的快速發(fā)展，環(huán)境污染問題也來越嚴重。我國風(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)力資源有效開發(fā)出來。我國用電量持續(xù)增加，以火力發(fā)電為主，不僅能源消耗嚴重，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，一方面滿足了國內(nèi)用電需求，一方面利于環(huán)境保護。由于我國的的風(fēng)力發(fā)電事業(yè)剛剛起步，因此出現(xiàn)故障時，沒有豐富的故障排除經(jīng)驗，也沒有有價值的資料可供參考。因此，筆者根據(jù)自身工作經(jīng)驗，結(jié)合風(fēng)力發(fā)電場實例，對故障問題進行分析。

一、變壓器故障

某風(fēng)力發(fā)電場在進行箱式變壓器35kV側(cè)符合開關(guān)合閘操作時，時常會發(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，長期以來對變壓器造成嚴重影響，致使變壓器受損。風(fēng)力發(fā)電場組織工作人員實地調(diào)查，并進行了幾項常規(guī)測試和電壓測試。測試結(jié)果表明，之所以頻發(fā)出現(xiàn)故障是因為設(shè)備合閘彈跳過電壓非常嚴重。

該風(fēng)力發(fā)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(cè)負荷開關(guān)合閘操作時，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)致其中一臺變壓器損壞，給風(fēng)力發(fā)電場帶來了嚴重的經(jīng)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(guān)設(shè)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(tài)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(guī)測試

常規(guī)測試是分析變壓器故障的基本測試內(nèi)容，同時也是進行進一步分析故障的前提和基礎(chǔ)。常規(guī)測試主要包括以下幾個內(nèi)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(fā)現(xiàn)，相比誤差過高，為4.11～5.60%，而數(shù)據(jù)結(jié)果要遠遠超過規(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，同時也與規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)嚴重不符，其它常規(guī)測試結(jié)果顯示一切正常。所有常規(guī)測試完成之后，根據(jù)測試結(jié)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(xiàn)場進行，在該項測試中選擇與故障變壓器運行狀態(tài)相同的28號變壓器作為測試對象。具體測試內(nèi)容：合閘操作、分閘操作均為5次。在合閘測試中，變壓器690V側(cè)電壓峰值最大為9550V，電壓倍數(shù)最大則超過了17倍；在分閘測試中，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、負荷開關(guān)測試

通過前文所述，知道該風(fēng)力發(fā)電場變壓器存在過電壓現(xiàn)象，而想要弄清過電壓產(chǎn)生的具體原因，就需要進行負荷開關(guān)測試?；诖?，檢測人員對與故障變壓器運行狀態(tài)相同的28號變壓器35kV側(cè)負荷開關(guān)開展了特性測試。測試過程中發(fā)現(xiàn)，在對負荷開關(guān)進行合閘操作時，開關(guān)出現(xiàn)了明顯彈跳，彈跳間隔以及持續(xù)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(jù)對電場運行環(huán)境的勘查以及查閱相關(guān)文獻資料了解到，故障變壓器690V側(cè)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(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?，將這一可能排除。

接下來對故障變壓器接地電阻的數(shù)值進行進行確定，根據(jù)實地測量結(jié)果，接地電阻為1.22Ω。相關(guān)規(guī)章指出：風(fēng)力發(fā)電場接地電阻必須控制在4Ω以內(nèi)，測量結(jié)果數(shù)據(jù)要比規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)小，由此判斷，故障變壓器不是因為35kV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)測試發(fā)現(xiàn)，子啊的發(fā)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(shù)值進行了測量，為12320，而原來的過電壓數(shù)值為513，超出21倍之多。而測量結(jié)果已經(jīng)遠遠超過了變壓器690V側(cè)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(xiàn)象導(dǎo)致頻繁出現(xiàn)過電壓現(xiàn)象，這樣一來就擊穿了變壓器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電壓的共同作用下出現(xiàn)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(jié)論及建議

為了探尋變壓器故障的具體的所在，本文分別從幾項常規(guī)測試、過電壓測試以及負荷開關(guān)測試等三個角度入手，尋找原因。通過大量測試得到的數(shù)據(jù)以及圖形我們不難看出，造成該風(fēng)力發(fā)電場變壓器故障的原因由于合閘彈跳過于嚴重而導(dǎo)致過電壓的產(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(xiàn)實意義。在本次變壓器故障分析工作中，筆者認為對于出現(xiàn)此類變壓器故障的風(fēng)力發(fā)電場可以參考下面幾條建議：第一，應(yīng)當(dāng)對變壓器35kV側(cè)負荷開關(guān)進行改進，這樣一來，就能從根源上將合閘彈跳現(xiàn)象消除，同時對在合閘瞬間開關(guān)彈跳截流出現(xiàn)的過電壓嚴重、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)。這兩個裝置的安裝確保了變壓器的穩(wěn)定運行，大大降低了操作過程中由于過電壓過大太大而導(dǎo)致的的短路發(fā)生頻率。上述兩項措施能夠有效預(yù)防變壓器故障的產(chǎn)生，為風(fēng)力發(fā)電場的安全、穩(wěn)定運行提供了保障。

結(jié)語：

隨著人們環(huán)保意識的不斷增強以及科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，風(fēng)力資源將會得到深入挖掘，將會有更多風(fēng)力資源被應(yīng)用到風(fēng)力發(fā)電中。從現(xiàn)階段來看，我國風(fēng)力發(fā)電技術(shù)還不成熟，變壓器故障頻繁，嚴重影響我國風(fēng)力發(fā)電場的穩(wěn)定運行。要想找出故障所在，其關(guān)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(xué)合理的故障排除措施，及時將故障排除。本文結(jié)合某風(fēng)力發(fā)電場變壓器故障進行了探討，該風(fēng)力發(fā)電場變壓器所出現(xiàn)的故障在其他風(fēng)力發(fā)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(fēng)力發(fā)電場參考。雖然目前我國在風(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階段，但是，相信在不久的將來，這些技術(shù)瓶頸都會被一一克服。

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