光伏变故障原因与分析

光伏变故障原因与分析

崔增霞

山东寿光巨能电气有限公司  山东省 262700

摘要：当前变电站大规模投产，在采用集中式逆变器的大型并网光伏电站中,一般使用三相双绕组结构的变压器将逆变器输出的交流电的电压变换到适合的电压等级接入电网。光伏变压器根据其低压侧配置的逆变器的运行特性选择,变压器需具备良好的阻抗特性、抗短路能力和低电压穿越能力,在电网中，变压器是重要的设备之一，因此光伏变对于光伏发电系统的稳定、安全、经济性至关重要。针对箱式变电站实际生产中遇到的相间放电故障、压力释放阀喷油故障,分析了故障发生的原因,并探讨了处理措施和防范措施，对后期变电站运行维护具有一定的指导意义。

关键词：光伏变压器；放电故障；喷油故障

一、相间放电故障

1.相间放电故障情况

在某光伏电站19MW光伏发电项目中,一台光伏变电站的变压器发生故障，出现B相高压熔断器烧毁现象。 测量结果显示低压侧对地电阻为500MΩ，高压侧对地电阻1500MΩ，现场测量的绝缘电阻值不符合标准。现场直流电阻高压侧测量结果AB相3.750Ω，BC相：3.610Ω，AC相3.741Ω，直流电阻不平衡率超过标准值，标准要求小于2%。光伏变压器返厂吊芯检查维修，吊芯发现相间隔板烧坏，变压器B、C相高压线圈下部相间放电击穿绝缘，导致线圈烧毁，B相线圈下半部分最外层部分扁铜线烧断，有金属颗粒及黑色碳末附着在线圈上及箱体内。

2.故障分析

2.1 光伏运行特点方面

光伏发电在白天电压较高、电流较大，在这种情况下变压器运行正常，没有出现问题；但是在停止发电，反送电过程出现问题。在发电、反送电过程可能有谐波过电压，可能会出现很高的系统过电压，大多数出现此故障的变压器在此阶段损坏。所以光伏的这一运行特点也会导致放电隐患的发生。

2.2变压器结构方面

此台光伏变压器为长圆结构，此相间易出现线圈涨包现象，当变压器运行后，涨包的情况会继续出现，从而导致高低压线圈间的距离会减小，距离的减小会使得局部放电的发生几率增大，使得相间隔板慢慢出现薄弱点，从而导致击穿。与此同时，相间由于距离的减小，使得温升因油流不畅通而升高，导致出现热击穿的几率增大。

2.3电场分布方面

此变压器高压线圈为三角形接法，并采用上下分段式，场强集中处在下部线圈，因此此处是线圈的薄弱点，易出现击穿现象。

2.4 温升方面

变压器温升的高低，对变压器运行性能以及变压器寿命影响极大，当变压器温升升高时，若超过其最大允许温度时，长期的超温运行会引起绝缘件的老化，使得其参数发生变化，从而降低了绝缘性能，最终会因为承受不了正常电压而导致放电击穿。

二、压力释放阀喷油故障

1.压力释放阀喷油故障情况

在地面光伏电站项目中,部分变压器压力释放阀出现喷油现象，因而出现压力异常及温度报警等故障，低压侧进线断路器跳闸。通过现场查看，此变压器是压力异常动作后低压进线开关跳闸。根据低压柜内保护显示，曾发生过一次温度报警,无其他报警。变压器通过吊芯检查，变压器线圈从外观上未发现有放电点及故障点。

2. 压力释放阀喷油故障分析

从现场温度表情况来看，温度表红针温度曾经达到了120℃，从设计方面分析，即便满负荷运行并过载1.15倍，此变压器温度不会到该限值，根据各负载容量油面温升设计值情况，变压器容量为3150kVA时，油面温升48K，高压线圈温升58.5K，低压线圈温升55.5K。变压器1.1倍容量为3500kVA时，油面温升54K,高压线圈温升65K，低压线圈温升65K。变压器1.15倍容量为3600kVA时：油面温升57K,高压线圈温升70K，低压线圈温升68K。通过上述数据可以看出变压器设计温升均符合标准要求，从而排除设计因素。

针对部分变压器出现压力释放阀喷油现象，初步分析变压器内部线圈相间距离小及油道堵塞，导致变压器油循环不畅，运行时局部温度过高，可能导致变压器油温度高、产气速率快，产生的气体随之过高，油箱内气体压力过大时通过压力释放阀释放压力。吊芯检查时虽线圈外观无明显放电点及故障点，但分析可能线圈相间形成局部放电，通过局部放电导致变压器油质加速分裂，变压器油组分内有环烷烃、芳香烃基础油，并且添加抗氧化剂，局部放电后可能作用于变压器油内部部分组分电离析出，从而导致变压器油样中氢气组分超标，使气体累积。其次压力释放阀位置在油箱中部，此处压力较大，所以当压力增大时，此处更容易释放。

三、变压器处理措施

针对以上故障，变压器返厂后进行分析后，对变压器铁芯重新整改，加大变压器线圈相间距离。具体为重新制作铁芯上下铁轭，将变压器相间再加大20mm,变压器整体加大了幅向距离。整改后,绝缘距离及电气间隙完全满足要求，相间油道随之加大，保证温升及油道的畅通，更有力的保证变压器稳定运行。变压器整体无呼吸器，变压器热胀冷缩及内部产生的气体无法顺利排出，考虑在出油口处加装吸湿器。损坏的线圈重新绕制，并加强薄弱处绝缘，保证其电气强度。

四、防范措施

1）对于高压三角形接法的光伏变压器，针对下部场强集中的特点，在设计时需加强此处的绝缘，相间隔板使用高密度纸板，并在高低压线圈之间增加油道，保证油流畅通，避免出现热击穿。将线圈的长圆结构改为椭圆结构，椭圆结构能避免线圈涨包问题，较好的控制线圈尺寸，从而保证高低压线圈间距。

2）加强变压器生产厂家工艺控制，严格按照作业指导书加工制作，对于关键工序，如铁芯、线圈等需加强控制。全体员工与车间主任一起参与到质量管理活动当中。每一道工序责任必须落实到人，并且严格要求操作员工做好每一个产品的自检，然后进行互检，再由车间主任检验，最后由质检专员进行专检。杜绝不合格品出现，不让一个不合格品流入下一道工序。

3）结合变电站的整体电气设计、当地电网运行特点以及现场自然环境等因素进行光伏变的选型，加强对变压器主材的进货控制，使用质量稳定的变压器材料，特别是对铁芯材料、绝缘材料、线圈材料的选用，增加与生产厂家的技术沟通，确保所选用产品的合格性和合理性。

4）加强对变压器的日常运维监测，定期对变压器进行温度查看、绝缘测试并从上部压力释放阀放气。特别是高压采用三角形接法的箱式变压器的电站，以及在发电高峰期，应该增加检测的频率。

5）从两起变压器故障来看，变压器的局部放电、击穿以及喷油故障都经历了一个逐渐恶化的过程，在此过程中，油样会因为故障而发生变化，因此变压器油对变压器的内部故障起到“哨兵”的作用。所以为了杜绝内部较大故障的发生，必须重视变压器油的化验工作。定期对变压器取样化验，一旦变压器油样发生超标准现象，可以提前进行干预，从而降低故障引起的损失。尤其要加强油温偏高变压器的巡视，对于这些变压器，一定要增加油样检测频率。

6) 定期对变压器进行线圈绝缘的检查和测量，通常为使用兆欧表进行绝缘电阻测量，将所测得的数据与运行前测得的数据进行对比，可及时反映出运行中变压器的绝缘状态。可提前预警变压器有关故障。

五、结束语

综上所述，本文对两种光伏变压器故障进行了分析和探讨，其目的是为了减少故障，保证光伏变稳定运行。作为光伏发电企业和光伏变压器生产厂家，要充分了解光伏变压器的故障种类、原因及解决办法，一旦发生故障，能够及时判断出问题所在，第一时间排除故障，变压器生产厂家需要从根源上考虑，减小隐患，为光伏发电的稳定运行提供有力保障。

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