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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)設計中,并未設計中性點接線,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,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),斷線相所對應的低壓側(cè)一相的線電壓有明顯降低,但不會變?yōu)榱?,這主要是由感應電壓所導致的。
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,會導致箱式變壓器對應側(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)部絕緣缺陷是導致高壓故障的關鍵原因,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階段出發(fā),切實做好選址、電氣設計、設備選型等工作,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,還要增設絕緣監(jiān)測裝置,切實保障箱式變壓器安全運行。
參考文獻
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作者:曲小飛 單位:山西華鑫電氣有限公司