风力发电场箱式变压器故障分析

摘要：风力发电是比较新型的一种发电形式，在发电运作的方面由于工作人员所接触的技术和设备都是以前工作环境中无法提供的，当设备出现故障时，能加以参考的资料文献较少，技术层面上存在一定的困难，本文结合某风力发电厂故障实例，就风力发电场的箱式变压器故障作出以下分析。

关键词：风力发电；箱式变压器；过电压测试；合闸弹跳过电压；触指路故障

作为一项新能源发电的方式，风力发电有着清洁、耗损低、发电量大的有点，我国的风力发电投入运行时间不长，所以当故障发生时，没有什么可以参考利用的资料。笔者结合自身工作实际，简要的就某35kV电力发电场的故障实例进行分析。

1.故障问题概述

某风力发电场在进行箱式变压器35kV侧符合开关合闸操作时，经常会出现690V侧主断路器电源侧触指短路故障，由于故障发生频率较高，所以对箱式变压器造成了影响，从而导致其受损。经过了现场过电压测试和其他几项常规测试后发现，其造成故障的根本原因在于设备的合闸弹跳过电压十分严重。

ZGS-ZF-1600/36.75的箱式变压器是该风力发电场一期工程中所投入使用的35台变压器类型，这一批35台箱式变压器的投入时间为2009年8月，到2013年3月4号止，在进行35kV侧负荷开关合闸操作时，发生690V侧主断路器电源侧触指短路故障有12次之多，并使得箱式3号变压器本体遭到了损坏，对发电场的经济造成了较为严重的的损失。

2.测试试验过程介绍

为了弄清风力发电场箱式变压器的故障问题所在，电场检测人员对变压器及相关设备进行了一系列的测试及试验，测试试验的过程中对处于同等运行状态的箱式变压器进行了现场投切操作，借此来分析上述故障所产生的原因所在。

2.1常规测试的进行

常规测试是箱式变压器故障分析所进行的第一步测试内容。检测人员对出现问题的变压器分别进行了直流电阻测试、绝缘电阻测试、组别测试及变比测试，测试过程中发现分别对L1、L2、L3进行分接时，发现分接所产生的相比误差高达4.12～5.63%，这一数据明显超过了规程标准数据；而变压器低压绕组侧绝缘电阻较低，也不满足规程的要求标准。其他常规测试试验结果正常。在常规测试进行后，对其结果进行分析判断，可初步认定3号箱式变压器低压绕组存在匝间短路的故障。

2.2过电压测试的进行

过电压的测试过程都是现场进行，测试对象是与3号箱式变压器运行工作状态完全相同的32号箱式变压器，测试的原理如图1所示。

测试内容包括5次合闸操作和5次分闸操作，合闸操作的过程中，箱式变压器690V侧最大过电压峰值达到了9560V，最大过电压倍数则达到了17.3；分闸操作的过程中，箱式变压器690V侧最大过电压峰值达到了1823V，最大过电压倍数则达到了3.5。

2.3负荷开关的特性测试试验

要想弄清风力发电场箱式变压器产生过电压现象的根本原因所在，就必须进行对应的负荷开关特性测试试验，因此检测技术人员就对本风力发电场32号箱式变压器的35kV侧的负荷开关进行了特性测试试验，在测试试验的过程中，发现在进行负荷开关的合闸操作时，开关有明显的弹跳现象产生，其弹跳现象的间隔时间和持续时间的长度为3.56～4.42ms之间，除了弹跳现象观察以外，在测试试验的过程中，检修技术人员还对32号箱型变压器的典型弹跳波形进行了记录。

3.故障原因的进一步分析

以该风力发电场35kV箱式变压器运作文献资料以及电场运作环境的实地勘查状况分析可知，3号箱式变压器的690V侧主断路器在投入运行前，其绝缘性能是十分优良的，变压器的耐压水平和空气间隙距离都能够满足电场变压器运行的相关规程要求和标准，从这点观察判断中可知，3号箱式变压器690V侧的主断路器不会是因为受潮或其他原因而造成短路，因此排除了这一可能。

在对3号箱式变压器的接地电阻进行电阻数值确定时，实地测量的结果显示为1.23Ω，这一数值远远小于风力发电场箱式变压器接地电阻规章中，接地电阻大小必须小于4Ω的要求规定，因此可以判断，不是因为该风力发电场35kV的3号箱式变压器接地不良的原因而造成运行故障，从而排除了这一可能。

当该风力发电场未安装相应的过电压保护装置的运行环境下，测得32号箱式变电器690V相间最大合闸的过电压数值达到了12320（原基础的21.4倍），这一数值（倍数）远远超过了该类型箱式变压器690V侧主断路器的绝缘水平（12kV为该类型箱式变压器的额定冲击的耐受电压值），而合闸过程中因弹跳现象而产生的过电压现象频繁发生，正是造成箱式变压器690V侧主断路器电源侧绝缘被击穿，形成短路故障的主要原因，由于其短路现象的发生，导致了箱式变压器在相间过电压和短路形成的短路电流的双重作用下形成线圈匝间短路，并严重烧毁。这就是该风力发电场箱式变压器多次由于故障损毁的主要原因所在。

4.分析结论及相关建议

从常规测试试验到设备的过电压测试试验再到箱式变压器负荷开关的特性测试试验，通过对这些测试试验数据和试验过程中所记录的图形分析不难看出，造成该风力发电场箱式变压器损坏的根本原因在于严重的合闸弹跳现象所产生的过电压。笔者在对风力发电场的运作方式和故障原因有所了解以后，认为运行维护人员可参考以下运行建议。1.对本风力发电场箱式变压器的35kV侧符合开关作出改进处理，将合闸弹跳的现象从源头上进行消除，杜绝由于合闸瞬间的开关弹跳截流而产生的严重过电压对箱式变压器的内部造成绝缘击穿的短路故障发生；2.对发电场箱式变压器690V侧的主断路器电源侧和负荷侧分别加装吸收能力较优的电容器和氧化锌避雷器，从而使得合闸弹跳截流过程中产生过电压的陡度和幅值有所降低，从而达到有效降低在对箱式变电器进行运行操作的过程中由于其过电压的数值太大而造成短路现象的发生频率，进而实现保护该风力发电场箱式变压器正常运行的目标。

综上所述，风力发电场箱式变压器的故障分析的关键在于弄清故障类型，并在完成了相关测试试验的过程后，利用排除法来确定故障发生的根本原因所在。本文结合某风力发电场运行状态中的故障分析实例，简要的就其分析过程和改进建议两方面展开了讨论，力求故障分析的准确和后期改进的完善能够减小由于该风力发电场的设备损坏而造成的经济损失，从而使得电场的运行经济效益得到全面的提升。

参考文献：

[1]杜刚，党晓强，刘华. 新世纪风力发电技术中的若干问题分析[J]. 电气时代. 2011（03）

[2]赵大庆，王莹，韩玺山. 风力发电场的主要环境问题[J]. 环境保护科学. 2005（03）

[3]李建春. 风力发电机组并网方式分析[J]. 中国科技信息. 2010（01）