光伏电站箱式变压器典型故障分析及处理措施研究

光伏电站箱式变压器典型故障分析及处理措施研究

马权

国能宁夏大坝三期发电有限公司   宁夏青铜峡市  751600

摘要：在光伏电站箱式变压器长期运行中，难免会发生各种各样的故障，导致其无法发挥出应有的作用，甚至威胁电网安全，损害其他设备。目前，该类设备典型的故障有低压侧绕组接地与高压侧断线、高低压侧短路三种。文章中分析了这三种故障与处理措施，并为预防以上故障的发展，抑制问题进一步扩散，还提出两点防范方法。

关键词：箱式变压器；高压侧；低压侧；绕组

引言

现如今，国内光伏电站大范围投产，相应光伏设备运行故障处理成为行业中比较棘手的问题。大型并网的光伏电站内，选择的集中式逆变器，通常搭配三相双二次绕组架构的箱变，把交流电转变成适宜电压区间后送进电网。结合此类箱变低压侧性能连接的逆变器，无论是阻抗性，还是低电压穿越性能表现均较好，而其也关系到光伏电站运行的稳态。

1箱变典型故障分析及处理措施

1.1低压侧绕组接地

某次低压侧绕组接地故障事件中，工作人员在对箱变实施绝缘检测处理中，发生该类故障，检测结果可能是箱变低压侧的对地绝缘电阻是“0”，同时低压侧断路装置进线母排相连螺栓表面被烧黑，并发生机械性松动。在出现停电事件以前，此处依旧可以保持正常发电。在此种情况下，工作人员选择直流电阻测试，但没有找到问题所在。经过初步认定，该箱变的低压侧有内部故障，准备开盖查看。经过开盖检查铁芯发现，在低压侧其中一相绕组出现铜排和支撑夹块之间绝缘体被击穿，造成该相的母排和铁芯支架之间用于固定的螺栓紧靠，成为接地点。

在该次故障中，异常低压侧是中性点不接地形式，在出现单相接地问题后，结合光伏发电特征，进行相关故障分析。一方面，在逆变器运行是离网状态的情况下，也就是在夜间或者辐照度偏低时，逆变器进入待机状态。在该种工况下，箱变在配电中，逆变器则是用电负荷，从电网依托箱变获取保持逆变器待机所需的电能。在由于绝缘受损产生接地点后，整个系统内的三相线电压未出现变化，依旧能向逆变器输送电量[1]。上述以上倘若未能尽快察觉，箱变继续工作会使低压侧出现更多接地点。另一方面，逆变器在并网状态中，由于其属于无中性线引出的逆变系统，仅能检测与控制相关并网点对应线电压，零序电流是“0”。按照逆变器三相稳定体系，如果出现单相接地，便不能构成电气闭合回路，所以不会形成接地电流，随即出现接地阻抗。而在输出回路中，所有相回路里均出现阻抗，虽然不会对运行稳态造成巨大损坏，但会导致输出效率下降。

1.2高压侧断线问题

在某光伏电站内一个逆变器发生跳闸，按照故障报文显示：低电压穿越与电网欠压，导致逆变器不能复位，系统故障停机。经过实地检查，从变压器内发出放电声响，并且有恶臭传出。工作人员先将箱变对应线路全面停电后，开始细致排查，初步检测高压熔断器的保险无异，而箱变高低压侧的相对地绝缘也没有问题。但高压侧的相间绝缘却有A相绕组与B、C绕组绝缘电阻处于“+∞”状态，由此基本可以认为，绕组有断线的问题。继续采取直流电阻测试，结果显示BC相电阻无异常，而AC与AB相中电阻是“+∞”，据此判断A相断线。经过开盖检查后，异常相的高压负荷开关和保险间线路烧断，因而发生放电打火的情况，导致变压器被污染。

在箱变中的高压侧断线故障，包含引线与绕组两类。上述故障事件中，绕组是三角形线路连接结构，排查异常期间，与A相有关的线路直流电阻异常，而BC相电阻较小，属于单相高压引线断线特点。而如果是单相绕组断线，异常相和其相邻绕组实际直流电阻会提高近两倍左右，其他部分则不变。电气量改变中，高压侧正常相的电压数值不变，但异常相对应电压值则下降至原本的50%左右。在低压侧上两相的线电压可能会不变，或是略低于正常数值，而单相线电压大概率降至“0”。现场检测中由于还有感应电压，所以反馈结果约有数十伏。

1.3高低压侧短路

某箱变低压侧的断路器发生跳闸，经过现场初步检查，变压器有异响，同时喷射许多变压器油。异常箱变对应线路由于开关过流，发生跳闸后，工作人员把相应线路开关设置成“检修中”，卸下箱变细致检查。其中，保护装置运行中，发生三相过电流以及相间过电压。并且在实地检查中发现，低压侧绕组发生短路，同时高压侧的保险断开，压力释放阀受到影响，喷射变压器油，并且颜色不正常，判断箱变出现重大故障，安排开盖检查。最终检查出，低压侧有两相绕组被烧坏，而高压侧也有一相绕组烧毁，相应的立柱铁芯受损。

结合该次事件的录波来看，在故障发生时，A、B相的电压迅速下降，C相的电压随即上升，在前两相发生过电流并超出设定值后，系统内部保护装置开启，断路器则跳闸。另外，故障初期A、B相发生短路接地，而C相的绝缘体没有受损，其异常电流晚于其他两相。在高压故障逐渐平稳后，由于箱变高压侧是角接，使得检测结果是三相都有短路接地，而这时C相形成故障电流。在检查变压器内部情况中发现，低压侧区域的两相绕组短路是整个事件的起因。由于短路发电，使高低压绕组间的绝缘被破坏，造成故障进一步蔓延，波及到高低压绕组。在该部分绕组短路以后，随即释放出电弧，导致铁芯出现机械性损伤，并且由于高温影响，使压力释放阀开启

[2]。针对高低压绕组的内部检查，其中一相低压绕组有明显局部烧毁痕迹，据此认为该部分绝缘性能比较薄弱。最终由于高低压短路，导致设备内部承担巨大冲击，而且许多部件都发生变形，一相绕组更是完全烧毁，因而决定直接将其报废。

2预防光伏电站箱变故障的有效方法

2.1加强设备绝缘监测

在低压侧选择星形线路与无中性点引出线的箱变中，遇到单相接地，会由于没有零序电流，加之三相线电压无波动，使逆变器依旧运行状态不会受到影响。如此工况下，不仅会使故障被“隐藏”，不易于被排查出来，还会使故障范围变大，安全隐患随即提升。参考实际状况，可以在逆变器对应输出端，安装针对绝缘的监测设备，针对并网情况增设绝缘达标启动条件。假设绝缘性能并未满足设定标准，监测系统随即反馈绝缘故障，不支持并网发电。今后开发的光伏电站，逆变器可以选用三相四线结构。另外，在光伏电站平日运维中，除了依靠监测设备实时反馈的数据，还应做好现场测试，尤其是结构较为特殊的箱变，可以通过增加实地排查次数，强化对电站箱变的保护力度。

2.2加强油样化验处理

通过分析及处理箱变典型故障，不难总结出，内部绝缘薄弱是造成高压故障的主要起因之一。为了尽可能防范类似事件出现，应当加强对箱变油样化验处理。故障实际发生过程中，由绝缘薄弱到故障爆发，通常不是瞬间完成的，要经过较长时间演化。在此期间一般会伴随放电与发热的现象，使油样成分被改变。而如果能定期化验油样，有助于及时察觉设备异常，以免故障进一步加重[3]。箱变工作期间，也要关注油温变化，借助提高日常检查频率，加强设备防护，以免由于油温引发故障。

结束语：根据光伏电站运行特点，针对箱变典型故障，即接地与断线等进行分析。这些故障都会危及供电安全，考虑到故障发生初期的隐蔽性，建议在现有监测系统的基础上，建议对设备绝缘与油烟等加强监测管理，由此提前发现异常迹象，通过必要的运维处理，使设备恢复正常。这样既可以降低重大事故的发生概率，及时控制故障，防止其继续恶化，又能够减少由设备报废以及返厂维修等产生的费用。

参考文献：

[1]顾星星,潘林俐.光伏电站中集电线路保护定值整定计算的探讨[J].太阳能,2020,(10):53-58.

[2]周邦栋,李锋.一起光伏电站箱式变压器内部多点放电故障分析[J].广西电力,2020,(05):75-78.

[3]韩如磊,魏冰凌,高鑫哲,等.光伏电站无功调节能力仿真及快速无功调节分析[J].内蒙古电力技术,2020,(04):20-26.