為了有效地分析箱式變壓器的故障,本文選用雙二次繞組的箱式變壓器(ZGS11-Z.T.-1000/38.5),可配兩臺(tái)集中逆變器,其發(fā)電單元結(jié)構(gòu)如圖1所示。箱式變壓器采用三相三柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),低壓側(cè)有兩個(gè)繞組。整體結(jié)構(gòu)分為三部分:高低壓室和油箱。在實(shí)際運(yùn)行中,箱式變壓器常見(jiàn)的故障有低壓繞組接地故障、高壓側(cè)斷線故障、高壓側(cè)短路故障等。,下面將對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)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
由于光伏電站箱式變壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中沒(méi)有設(shè)計(jì)中性點(diǎn)接線,如果箱式變壓器低壓側(cè)發(fā)生單相接地故障,對(duì)絕緣的危害很大。集中式逆變器不同的運(yùn)行狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致不同的故障。首先,當(dāng)發(fā)電機(jī)組在光照不足的情況下停止工作時(shí),集中式逆變器將脫離并網(wǎng)狀態(tài),使得處于待機(jī)狀態(tài)的逆變器不再作為發(fā)電負(fù)荷,而是借助箱式變壓器從電網(wǎng)中吸收電能。此時(shí),箱式變壓器承擔(dān)配電任務(wù)。如果箱式變壓器低壓位置發(fā)生單相接地,逆變器接收到的線電壓不會(huì)發(fā)生變化,逆變器仍能正常工作。但相電壓會(huì)升高,長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)造成箱式變壓器低壓側(cè)絕緣損壞,甚至多點(diǎn)接地。其次,有光的話,集中式逆變器會(huì)變成并網(wǎng)狀態(tài)。分析其接線方式和箱式變壓器不接地運(yùn)行方式,單向接地狀態(tài)下很難與大地形成有效回路,即不會(huì)有接地電流,逆變器出線電壓也不會(huì)發(fā)生變化。但在設(shè)計(jì)之初,其控制系統(tǒng)主要監(jiān)測(cè)線電壓,不會(huì)發(fā)現(xiàn)接地異常。逆變器仍將正常工作,但接地會(huì)影響逆變器的整體效率。
1.2高壓側(cè)斷線故障分析
根據(jù)斷線位置的不同,箱式變壓器的斷線故障可分為高壓引線斷線和繞組斷線。當(dāng)箱式變壓器高壓側(cè)發(fā)生高壓引線斷線故障時(shí),會(huì)直接導(dǎo)致逆變器跳閘,發(fā)電機(jī)組會(huì)因故障停機(jī)。根據(jù)箱式變壓器測(cè)試,箱式變壓器內(nèi)部會(huì)有雜音和特殊氣味,故障相的繞組會(huì)有無(wú)窮大的電阻。通過(guò)測(cè)量其DC電阻,可以發(fā)現(xiàn)正常相與故障相繞組之間的電阻也會(huì)為無(wú)窮大,從而基本判斷斷線故障的發(fā)生。然而,當(dāng)高壓繞組斷開(kāi)時(shí),故障標(biāo)志會(huì)有所不同,主要表現(xiàn)在DC電阻不會(huì)是無(wú)窮大,而只是正常兩相DC電阻的兩倍。通過(guò)測(cè)量故障后的電壓可以發(fā)現(xiàn),在高壓側(cè),故障相和相鄰相的線電壓會(huì)降低,一般降低到額定線電壓的50%,而正常相的線電壓不會(huì)變化。低壓側(cè),斷線相對(duì)應(yīng)的低壓側(cè)相的線電壓明顯下降,但不會(huì)變?yōu)榱?,主要是感?yīng)電壓引起的。
1.3高低壓側(cè)短路故障分析
通常,箱式變壓器在運(yùn)行中經(jīng)常發(fā)生相間短路故障。當(dāng)高低壓側(cè)發(fā)生相間短路時(shí),箱式變壓器相應(yīng)側(cè)的斷路器會(huì)跳閘,在故障的沖擊下,箱式變壓器往往會(huì)伴有內(nèi)部異響、噴油和異味。一般來(lái)說(shuō),對(duì)箱式變壓器短路故障的分析應(yīng)從保護(hù)動(dòng)作入手,對(duì)箱式變壓器故障有一個(gè)大致的了解,然后將箱式變壓器轉(zhuǎn)入檢修狀態(tài),采取安全措施,斷開(kāi)光伏發(fā)電機(jī)組,詳細(xì)檢查故障情況。而且有時(shí)候,在故障初期,可能只是箱式變壓器的相間故障。如果故障進(jìn)一步發(fā)展,會(huì)造成變壓器內(nèi)部繞組燒損、鐵心坍塌等更大的損失。這種情況下,箱式變壓器只能報(bào)廢。在此,對(duì)箱式變壓器中一個(gè)實(shí)際故障的發(fā)展過(guò)程進(jìn)行了分析。初始故障發(fā)生在低壓側(cè)的相間短路,在短路沖擊放電的作用下,造成高低壓繞組之間的擊穿短路。在這種情況下,鐵芯被損壞,箱式變壓器油箱內(nèi)的油會(huì)嚴(yán)重噴發(fā),并會(huì)分解變質(zhì)。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn),造成高低壓繞組間短路的直接原因在于其自身絕緣薄弱。
2光伏電站箱式變壓器故障的預(yù)防措施
2.1附加絕緣監(jiān)測(cè)裝置
對(duì)于本文選用的箱式變壓器,屬于三相三線星形接線。如果有單相接地,由于沒(méi)有中性點(diǎn),線電壓不會(huì)發(fā)生明顯變化,增加了接地故障排除的難度。接地逆變器的連續(xù)運(yùn)行可能會(huì)使接地故障惡化,甚至帶來(lái)更大的風(fēng)險(xiǎn)。因此,絕緣監(jiān)測(cè)裝置的使用可以為逆變單元的并網(wǎng)增加一份保障。如果有接地故障,會(huì)直接發(fā)出絕緣故障報(bào)警,斷開(kāi)故障單元。此外,為了更好地處理光伏箱式變壓器的接地故障,應(yīng)采用中性點(diǎn)連接的逆變器,并選擇yn11型作為其連接組別。
2.2加強(qiáng)日常絕緣監(jiān)測(cè)
為了保證光伏電站的安全運(yùn)行,應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)定進(jìn)行定期監(jiān)測(cè),尤其是絕緣監(jiān)測(cè),可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)箱式變壓器的絕緣缺陷,降低站內(nèi)設(shè)備的故障概率。在光伏電站的實(shí)際運(yùn)行維護(hù)中,需要適當(dāng)增加箱式變壓器絕緣監(jiān)測(cè)的頻率。
2.3注意油樣測(cè)試。
根據(jù)光伏電站箱式變壓器的故障分析,內(nèi)部絕緣缺陷是導(dǎo)致高壓故障的關(guān)鍵原因。為了避免類似故障的發(fā)生,必須做好箱式變壓器內(nèi)部油樣的檢測(cè)工作。從內(nèi)絕緣的缺陷到失效,是長(zhǎng)時(shí)間逐漸積累的。在變質(zhì)的過(guò)程中,通常會(huì)出現(xiàn)放熱或放電的問(wèn)題,導(dǎo)致類油成分的拜年。通過(guò)定期測(cè)試,可以更有效地檢測(cè)絕緣狀況,必要時(shí)采取干預(yù)措施,避免絕緣狀況惡化。箱式變壓器在運(yùn)行中,要加強(qiáng)對(duì)油溫的監(jiān)測(cè),通過(guò)增加檢查和試驗(yàn)的頻率,防止油溫過(guò)高的變壓器成為故障。
2.4做好施工階段的技術(shù)選擇。
為了保證光伏電站的長(zhǎng)期運(yùn)行安全,降低箱式變壓器的故障概率,需要從光伏電站的建設(shè)階段開(kāi)始,做好選址、電氣設(shè)計(jì)、設(shè)備選型等工作。,以確保箱式變壓器產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良,滿足電站總體設(shè)計(jì)要求。