关于风电变压器典型故障分析

袁乙专

摘 要：我国风力资源丰富，伴随科学技术的发展，风力发电凭借绿色环保优势成为新阶段我国重要的发电形式。在风力发电场，工作人员接触到的设备和技术都是在以前工作中所没有的，一旦出现故障，有价值的故障排除资料少，在技术上还存在一些困难。基于此，本文选择了一种风电变压器典型故障，结合实例，对这一典型故障进行分析，旨在为风力发电场提供变压器故障诊断、排除依据。

关键词：风力发电；变压器；典型故障

近年来，随着我国工业的快速发展，环境污染问题也来越严重。我国风力资源得丰富，但由于科技水平有限，直到近些年才将风力资源有效开发出来。我国用电量持续增加，以火力发电为主，不仅能源消耗严重，而且污染环境。风力发电是近些年兴起的一种新型发电方式，不仅能耗低，而且清洁、发电量大，一方面满足了国内用电需求，一方面利于环境保护。由于我国的的风力发电事业刚刚起步，因此出现故障时，没有丰富的故障排除经验，也没有有价值的资料可供参考。因此，笔者根据自身工作经验，结合风力发电场实例，对故障问题进行分析。

一、变压器故障

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，时常会发生690V侧主断路器电源侧触指短路故障。由于该故障频繁发生，因此，长期以来对变压器造成严重影响，致使变压器受损。风力发电场组织工作人员实地调查，并进行了几项常规测试和电压测试。测试结果表明，之所以频发出现故障是因为设备合闸弹跳过电压非常严重。

该风力发电场所使用的主要是箱式变压器，于2010年在一期工程中使用投入30台，变压器在运行4年多的时间里，在进行35kV 侧负荷开关合闸操作时，690V 侧主断路器电源侧触指短路故障一共发生了20次，并导致其中一台变压器损坏，给风力发电场带来了严重的经济损失。

二、测试试验

只有全面掌握故障原因，才能找出有效的解决方法及时将故障排除。为了弄清变压器故障的具体原因，检测人员对损坏变压器和相关设备开展了一系列的测试和试验工作，在测试过程中，对与其运行状态相同的对变压器进行了投切操作，从而找出故障到底出在哪里。

1、常规测试

常规测试是分析变压器故障的基本测试内容，同时也是进行进一步分析故障的前提和基础。常规测试主要包括以下几个内容：绝缘电阻测试、直流电阻测试、变比测试以及组别测试。测试阶段对L1、L2和L3分接时发现，相比误差过高，为4.11～5.60%，而数据结果要远远超过规程中所规定的标准数据。但是，低压绕组一侧的绝缘电阻非常低，同时也与规程标准严重不符，其它常规测试结果显示一切正常。所有常规测试完成之后，根据测试结果初步判断，变压器故障为低压绕组匝间短路。

2、过电压测试

过电压测试需要现场进行，在该项测试中选择与故障变压器运行状态相同的28号变压器作为测试对象。具体测试内容：合闸操作、分闸操作均为5次。在合闸测试中，变压器690V侧电压峰值最大为9550V，电压倍数最大则超过了17倍；在分闸测试中，变压器690V侧电压峰值最大为1820V，电压倍数最大为2.5倍。

3、负荷开关测试

通过前文所述，知道该风力发电场变压器存在过电压现象，而想要弄清过电压产生的具体原因，就需要进行负荷开关测试。基于此，检测人员对与故障变压器运行状态相同的28号变压器35kV侧负荷开关开展了特性测试。测试过程中发现，在对负荷开关进行合闸操作时，开关出现了明显弹跳，弹跳间隔以及持续时间长度在3.55～4.41ms。检测人员不仅对弹跳进行了仔细观察和记录，而且对还将28号变压器一些较为典型的弹跳波形记录了下来。

三、变压器故障分析

根据对电场运行环境的勘查以及查阅相关文献资料了解到，故障变压器690V侧主断路器在投入运行之前，绝缘性能极佳，空气间隙距离以及耐压水平都在规程的规定范围之内。因此，我们得出结论：故障变压器690V侧主断路器不可能由于的受潮或者其它原因导致短路，因此，将这一可能排除。

接下来对故障变压器接地电阻的数值进行进行确定，根据实地测量结果，接地电阻为1.22Ω。相关规章指出：风力发电场接地电阻必须控制在4Ω以内，测量结果数据要比规定标准小，由此判断，故障变压器不是因为35kV变压器存在接地不良从而导致故障。因此，也将这一可能排除在外。

将上述两种可能性排除之后，变压器故障原因范围缩小。根据测试发现，子啊的发电场未安装任何过电压保护装置的情况下，在变压器运行时，对28号变压器690V相间最大合闸过电压数值进行了测量，为12320，而原来的过电压数值为513，超出21倍之多。而测量结果已经远远超过了变压器690V侧主断路绝缘水平，该类型变压器说明书明确指出，额定冲击耐受电压值为12kV。在合闸时，由于弹跳现象导致频繁出现过电压现象，这样一来就击穿了变压器690V侧主断路器电源侧的绝缘，从而出现短路。而短路的出现致使变压器在短路电流以及过电压的共同作用下出现线圈匝间短路，电路烧毁十分严重。因此，可以确定，这就是变压器的故障原因。

四、结论及建议

为了探寻变压器故障的具体的所在，本文分别从几项常规测试、过电压测试以及负荷开关测试等三个角度入手，寻找原因。通过大量测试得到的数据以及图形我们不难看出，造成该风力发电场变压器故障的原因由于合闸弹跳过于严重而导致过电压的产生。而根据查阅大量资料发现，大部分风力发电场变压器故障也基本都是这一原因造成的，因此对这一典型故障进行分析具有十分重要的现实意义。在本次变压器故障分析工作中，笔者认为对于出现此类变压器故障的风力发电场可以参考下面几条建议：第一，应当对变压器35kV侧负荷开关进行改进，这样一来，就能从根源上将合闸弹跳现象消除，同时对在合闸瞬间开关弹跳截流出现的过电压严重、内部绝缘被击穿导致短路的故障能够起到有效的杜绝作用；第二，需要在690V侧主断路器上安装电容器，在负荷侧安装氧化锌避雷器。这样一旦出现合闸弹跳截流，过电压的幅值以及陡度也将大大降低，并降低到规定标准范围内。这两个装置的安装确保了变压器的稳定运行，大大降低了操作过程中由于过电压过大太大而导致的的短路发生频率。上述两项措施能够有效预防变压器故障的产生，为风力发电场的安全、稳定运行提供了保障。

结语：

随着人们环保意识的不断增强以及科学技术水平的不断提高，风力资源将会得到深入挖掘，将会有更多风力资源被应用到风力发电中。从现阶段来看，我国风力发电技术还不成熟，变压器故障频繁，严重影响我国风力发电场的稳定运行。要想找出故障所在，其关键就是要明确故障类型，通过一系列测试，最终找出故障根本原因，制定科学合理的故障排除措施，及时将故障排除。本文结合某风力发电场变压器故障进行了探讨，该风力发电场变压器所出现的故障在其他风力发电场也较为普遍，属于一种典型的变压器故障。通过一系列措施将故障原因一一排除，最终明确故障所在。由于该故障具有典型性，因此，本文故障查找思路以及提出的建议可供其它风力发电场参考。虽然目前我国在风力发电方面的技术尚不成熟，变压器故障研究还处于初级阶段，但是，相信在不久的将来，这些技术瓶颈都会被一一克服。

参考文献：

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