风电场箱变绕组烧毁原因分析与预防措施

严文斌

(大唐凉山新能源有限公司，四川 西昌 615000)

做好风机箱式变压器(以下简称箱变)从设计、制造、运输、安装、试验、运行维护等每个环节都存在安全隐患。做好箱变绕组烧毁原因分析和预防措施有非常重要的意义，只有做好这些工作，才能够提高风电场安全稳定运行带来的经济效益。当前国外主要从材料优选、结构设计等方面进行研究，这一研究的结果虽然被广泛的应用，但是我国的箱变绕组应用环境和国外有很大的差别，我国需要针对具体的应用环境进一步挖掘箱变绕组烧毁原因。国内学者主要从探讨这一问题的价值和意义及宏观的层面来分析箱变绕组烧毁的故障。该次则是从理论及实践出发，现以某风电项目风电场发生的箱变B相本体绕组烧毁的案例来说明如何处理和预防变压器烧毁故障。采用这种研究方法，能够把宏观的研究和微观的案例相结合，说明理论在具体的环境中操作的要点。

1 烧毁的原因分析

当前电力设备以使用干式变压器为主，当变压器内部通过高负荷运行发热时，变压器的辅助散热设备(本体绕组轴流风机、室内排风扇)应及时启动，并满足当前条件下散热的要求，然而当变压器在运行时发生局部异常升温时，辅助散热设备如不满足散热功能要求，在持续的高温运行下，导致变压器烧毁[1](见图1)。

图1 现场变压器B相绕组烧毁

于是可以看到变压器绕组烧毁造成的因素为：①变压器本身的结构、材料等不符合使用要求；②控制回路逻辑、接线及设备选型不可靠；③周围的环境又让变压器本身的结构、材料发生变化，令原先符合标准的结构和材料不再符合标准。这三项因素会造成变压器出现烧毁现象[2]。

2 预防措施

变压器绕组故障实际上是可以提前预防的。如果应用先进科学技术发现问题，能够优化工作制度即时处理问题，那么便可以减少安全故障发生的机率。在解决变压器烧毁问题时，不能仅仅只是发现问题以后再去解决问题，而是要分析问题产生的根本原因是什么，在处理了问题以后，需要做好安全事故预防措施。要避免电压器烧毁现象，就要做到早预防故障、早发现问题、早处理故障。否则，风电场在运行时将会出现较为严重的安全事故[3]。

为了减少故障发生，需采取以下的预防措施：①加强驻厂监造管理对箱变从设计、用料选型、制造、检测、出厂试验等各环节进行严格的把关；②加大箱变运行的巡回检查力度，发现异常及时通过降低负载、停机等处理方式；③施工安装期间，箱变基础水平度必须满足设计要求，安装过程中避免主件结构碰撞，同时各部位连接螺栓必须满足100%紧固；④在满足设备安全运行的前提下，调整提高温控回路的熔断器的熔芯电流值；⑤在设备选型上计算好风机功率配置，合理增加轴流风机、室内排风扇数量；制造过程中重点对变压器的结构，减小首端的横向油道，降低首端线段的冲击梯度，以降低首端线段棱角处的最大场强和匝间电压。即时发现安全隐患，避免箱变绕组烧毁可以避免安全事故发生。

同时加强现场施工管理，在风电工程项目的施工管理中，需要不断提高工程的施工技术，在每一个施工环节中，需要做好技术交底，每一施工步骤，都需要对技术进行更新，优化工程项目的施工。对每一环节的技术进行记录，每一项技术方案都需要确定，能够为以后的工程施工奠定良好的基础，需要相关的施工管理部门重视施工管理，采取相对应的施工管理措施[4]。

3 案例分析

2021年10月、2022年1月某风电项目分别累计发生4起风机箱变在运行过程中，干式变压器B相着火，本体绕组烧毁，风电机组停运，对该项目公司造成了一定的经济损失。在四起批次故障发生以后，为防止变压器烧毁故障再次发生，及时更换了本体主件，恢复正常运行(见图2)。

图2 更换变压器

通过调取历史运行记录及现场查勘分析主要原因有以下几种：①箱变低压侧温控器无显示，室内轴流风机、排风扇停止运行，经排查为温控器上端电源5A保险熔芯烧毁所致。历史记录绕组最高温度为77.96℃，在尚未达到风机温度启动值时该保险熔芯就已经烧毁，变压器持续高温运行，最终导致本体绕组烧毁。②箱变温控回路逻辑、接线方式以及设备元器件配置选型上可能存在影响动作可靠性的问题。③变压器压紧结构不良，如果出现了线圈动稳定性较差的问题，有时会因为短路而出现烧毁的故障。特别是当变压器运作出现了特殊的情况，让本体绕组承受较大的电压时，变压器烧毁事故便会发生。④绕组本身结构出现了螺母松动的情况时，有时会出现连接触电阻过大的问题，从而引发局部过热，而这一故障不排除因接触松动过热，导致局部件过热从而造成高温烧毁事故。⑤如果硅钢片之间的铁芯与夹紧螺栓之间的绝缘损坏，会造成涡流发生现象，从而烧坏铁芯。

通过更换设备做好预防措施，让预防的效果达到技术条件要求：①购买测量变压器绕组温度、箱变高低压室环境温湿度；②设备功能具有输出一组绕组温度的4～20 mA电流信号、两组环境温度(或者湿度)的4～20 mA电流信号；③设备功能具有一组变压器绕组温度超温报警输出、二组变压器绕组温度跳闸信号输出、二组加热除湿负载输出；④采用RS485通讯接口，可将相关信息传给上级监控系统；⑤具备烟感信号和门锁信号监控功能，并能实现远方监控；⑥满足本工程现场使用环境；⑦采用铝合金壳外壳设计，抗电磁干扰能力强；⑧采用进口传感器芯片。做好以上措施，能让设备在遭受破坏，结构和材料发生变化以后，能够及时得到报警，做好相应的预防措施处理工作。

箱变安装结束后，应注重设备调试管理。风电场调试是检验前期施工成果的关键环节，也是风电场又好又快实现收益的重要步骤。过去人们侧重研究技术层面的理论和方法，如技术参数、调试方案、设备匹配等问题，很少从过程控制理论角度，优化组织结构、注重工作计划、加强工作协调、实施过程监控和结果考核。设备和施工质量是调试按期完成的前提，综合运用过程控制理论与方法则是重要保证[5]。

4 结 语

通过这一次箱式变压器绕组烧毁的案例，可以分析判断出变压器故障发生的主要原因，发生故障要从设计源头开始摸排，每个环节都不容忽视，直至找到问题发生的根本原因并做好故障的排除工作。而如果要减少根本隐患，需要从提前预防措施做起，减少故障的发生，减少安全隐患可以从控制安全因素，减少安全隐患着手。做好即时监控，在安全隐患出现即时得到预警，可以避免安全隐患扩大造成安全事故。风电场运行过程中，应杜绝设备安全事故的发生，提高电力系统可靠性和稳定性，对企业的生存发展以及社会效应均有着非常重要的价值和意义。