光伏電站箱式變壓器故障分析及處理

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摘要：當前，光伏電站大規(guī)模投產(chǎn)，但同時光伏設(shè)備的故障處理面臨較大難題，本文主要就箱式變壓器單相接地、高壓斷線、高低壓短路等典型故障的故障象征及分析處理過程展開詳述，并提出了箱式變壓器的故障防范措施，希望對光伏電站安全運行有所幫助。

關(guān)鍵詞：光伏電站；箱式變壓器；典型故障；分析；處理

為有效分析箱式變壓器的故障情況，本文選用雙二次繞組箱式變壓器（ZGS11-Z.T-1000/38.5），可帶2臺集中式逆變器，其發(fā)電單元結(jié)構(gòu)如圖1所示。該箱變采用的是三相三柱式結(jié)構(gòu)設(shè)計，低壓側(cè)有2個繞組，整體結(jié)構(gòu)分為高、低壓室、油箱等三大部分。在實際運行中，箱式變壓器的常見故障有低壓繞組接地故障、高壓側(cè)斷線故障以及高低壓側(cè)短路故障等，下面就此展開詳細分析。

1光伏電站箱式變壓器典型故障

1.1低壓繞組接地故障分析

由于在光伏電站箱變結(jié)構(gòu)設(shè)計中，并未設(shè)計中性點接線，若其低壓側(cè)出現(xiàn)單相接地類故障，會對絕緣造成較大危害。集中逆變器的運行狀態(tài)不同，所表現(xiàn)的故障情況也會有差異。首先來說，當在光照不足的情況下，發(fā)電單元不再工作，集中逆變器會脫離并網(wǎng)的狀態(tài)，這樣待機狀態(tài)下的逆變器將不再作為發(fā)電負荷，而是借助于箱式變壓器從電網(wǎng)上吸收電能。此時箱式變壓器所承擔的是配電任務(wù)，若在箱變低壓位置出現(xiàn)單相接地，那么逆變器所接受到的線電壓仍不會改變，逆變器還會正常工作，然而相電壓會升高，在長期運行下，會造成箱式變壓器低壓側(cè)的絕緣損壞，甚至出現(xiàn)多點接地的情況。其次，若有光照的情況下，集中逆變器會轉(zhuǎn)變?yōu)椴⒕W(wǎng)狀態(tài)，通過分析其接線方式，箱變不接地的運行方式，在單向接地狀態(tài)下，難以與大地構(gòu)成有效的回路，也就是不會有接地電流，逆變器出線線電壓也不會發(fā)生變化，但其控制系統(tǒng)在設(shè)計之初，主要監(jiān)測的仍然是線電壓，不會發(fā)現(xiàn)接地異常，逆變器仍會正常工作，但受接地影響，逆變器的整體效率會降低，進而影響到光伏發(fā)電效益。

1.2高壓側(cè)斷線故障分析

根據(jù)斷線位置的不同，箱式變壓器斷線故障又分為高壓引線和繞組斷線。當箱變高壓側(cè)出現(xiàn)高壓引線斷線故障后，其直接導(dǎo)致逆變器跳閘，發(fā)電機組也會因故障而停機。箱變經(jīng)試驗檢測可以發(fā)現(xiàn)，箱式變壓器內(nèi)部會有聲響以及特殊氣味，故障相的繞組會出現(xiàn)電阻無窮大的情況，而測量其直流電阻可發(fā)現(xiàn)正常相與故障相繞組間的電阻也會無窮大，這樣基本可以判斷斷線故障的發(fā)生。而當發(fā)生高壓繞組斷線故障時，其故障象征會有所不同，主要表現(xiàn)在直流電阻不會表現(xiàn)為無窮大，而是僅為正常兩相間直流電阻的兩倍。通過測量故障后的電壓可發(fā)現(xiàn)，在高壓側(cè)，故障相與相鄰相的線電壓會降低，一般會降至額定線電壓的50%，而正常相的線電壓并不會變化；在低壓側(cè)，斷線相所對應(yīng)的低壓側(cè)一相的線電壓有明顯降低，但不會變?yōu)榱悖@主要是由感應(yīng)電壓所導(dǎo)致的。

1.3高低壓側(cè)短路故障分析

通常在箱式變壓器運行中，相間短路故障多有發(fā)生，當高/低壓側(cè)發(fā)生相間短路時，會導(dǎo)致箱式變壓器對應(yīng)側(cè)斷路器跳閘，而且在故障沖擊下，箱式變壓器往往會伴隨有內(nèi)部異響、噴油、異味等情況。一般來說，對箱變短路故障的分析，要從保護動作情況入手，大體了解箱變故障情況，然后要將箱變轉(zhuǎn)至檢修的狀態(tài)，做好安全措施，并將該光伏發(fā)電單元解列，詳細查看故障狀況。而且有時在故障初期，可能僅為箱式變壓器相間故障，若故障進一步發(fā)展，會造成變壓器內(nèi)部繞組燒毀損傷，鐵芯崩壞等更大損失，這種情況下箱式變壓器只能采取報廢處理。這里以箱變某次實際故障的發(fā)展過程進行分析，最初故障發(fā)生在低壓側(cè)相間短路，在短路沖擊放電作用下，造成高低壓繞組間的擊穿短路，這種狀況下會造成更嚴重的短路放電，進而造成鐵芯損壞，受高溫影響，箱變油箱內(nèi)部油會嚴重噴發(fā)，并且出現(xiàn)分解變質(zhì)等情況。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，高低壓繞組間短路的直接原因在于其本身便有絕緣薄弱點。

2光伏電站箱式變壓器故障防范措施

2.1增設(shè)絕緣監(jiān)測裝置

對于本文所選箱式變壓器，屬于三相三線的星形接線，若出現(xiàn)單相接地的情況，會因不存在中性點而使得線電壓無明顯的改變，增大了接地故障排查的難度，接地逆變器持續(xù)工作可能造成接地故障的惡化，甚至帶來更大風(fēng)險。為此，絕緣監(jiān)測裝置的使用，能夠為逆變單元的并網(wǎng)增添一道保障，若出現(xiàn)接地故障，會直接發(fā)出絕緣故障告警，而使故障單元解列。此外，為更好地應(yīng)對光伏箱式變壓器接地故障，宜采用含中性點接線的逆變器，而其接線組別宜選用yn11類型。

2.2加強日常絕緣監(jiān)測

為保障光伏電站運行安全，應(yīng)當嚴格依規(guī)開展定期監(jiān)測工作，特別是在絕緣監(jiān)測方面，能夠更及時的發(fā)現(xiàn)箱式變壓器的絕緣缺陷，降低站內(nèi)設(shè)備故障幾率。在實際光伏電站運維中，需適當提高箱變絕緣監(jiān)測的頻次。

2.3重視油樣化驗工作

經(jīng)光伏電站箱變故障分析，其內(nèi)部絕緣缺陷是導(dǎo)致高壓故障的關(guān)鍵原因，為避免類似故障發(fā)生，需做好箱變內(nèi)部油樣的化驗工作。從內(nèi)部絕緣出現(xiàn)缺陷到引發(fā)故障，均是在較長時間逐漸積累的，其在惡化過程中通常會有放熱或放電的問題，進而使得油樣成分發(fā)生拜年話。通過定期化驗，能夠更有效的去檢測絕緣狀況，必要時還要采取干預(yù)措施，避免絕緣情況惡化。在箱變運行中，還要加強油溫的監(jiān)測，通過增加巡視及化驗的頻次的方式，避免油溫過高變壓器演變?yōu)楣收稀?/p>

2.4做好投建階段技術(shù)選型工作

為保證光伏電站長期運行的安全性，降低箱式變壓器的故障幾率，就要從光伏電站建設(shè)階段出發(fā)，切實做好選址、電氣設(shè)計、設(shè)備選型等工作，確保箱變產(chǎn)品本身質(zhì)量過硬，還要符合電站整體設(shè)計要求。

3結(jié)束語

綜上所述，本文以典型的箱式變壓器為例，結(jié)合光伏發(fā)電特點，詳細分析了其常見的接地、斷線以及短路等變壓器故障。為有效規(guī)避箱變故障，光伏電站運維方要加強日常絕緣監(jiān)測，重視油箱化驗工作，在條件允許下，還要增設(shè)絕緣監(jiān)測裝置，切實保障箱式變壓器安全運行。

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作者：曲小飛 單位：山西華鑫電氣有限公司