基于东南亚热带季风气候下光伏箱变的故障处理.pdf

2023.27 科学技术创新基于东南亚热带季风气候下光伏箱变的故障处理刘瑞，杨玲（中国电建集团海外投资有限公司，北京）引言光伏并网电站建设有别于火电厂、水电厂，对电气设备要求也很高，从传统意义上虽然脱离了人工值守维护，降低了生产成本，但同时在热带季风气候下对光伏箱式变电站的需求和质量要求也提升到了全新高度1。箱式变压器（以下简称“箱变”）是整个光伏电站中的重要设备，其可靠稳定运行直接关系到光伏电站的安全生产和经济效益。在箱变带缺陷、超温运行及冷却不合格等情况下，变压器油温、绝缘等都会出现异常，影响设备安全运行。1项目设备情况2022 年 6 月，业主与箱变生产厂家签订关于东南亚某光伏项目共 7 台欧式箱变的供货合同，箱变选用油浸式自然冷却组合式变压器，于 2022 年 10 月份 7 台箱变运输到项目现场进行安装调试工作，其中含5 712 kVA 箱变 3 台，3 264 kVA 箱变 4 台。2发生的典型故障及处理2.1项目所在地因终年处于高温环境，箱变的运行环境相对恶劣和复杂。自项目并网以来，容量 3 264 kVA 箱变共计发生 11 次箱变超温跳闸。标准 DL/T 572-2021电力变压器运行规程 中 5.3.1 条规定“自然循环冷却的变压器的顶层油温一般不宜经常超过 85”。箱变事故后油样送电力部实验室检测报告，CO2数据异常（约为正常值 10 倍），其他烃类数值亦偏高。绝缘油的散热和绝缘性能严重下降，进一步导致 H2，C2H2及总烃等特征气体超标。随即增加取样频率，发现特征气体持续增长，其中 H4箱变绝缘油在最近一次的化验结果为：C2H2含量 226.82 L/L，H2含量 768.56 L/L，总烃含量 11 559.11 L/L，远远超过规程所要求的注意值，此箱变已无法继续运行。如果长期高温运行会对变压器固体绝缘造成不可逆的损伤，形成恶性循环，最后发展为局部放电、电弧放电、电火花放电等引起绝缘损坏，引发安全生产事故2。技术人员对出厂试验报告直流电阻值及最近一次预防性试验报告直流电阻值进行了对比，见表 1。作者简介：刘瑞（1981-），男，硕士研究生，高级工程师，研究方向：电厂过程控制、新能源。摘要：热带季风气候的气候特征是终年高温，年平均气温在 22 益以上，降水分旱雨两季，在雨季时一般平均湿度比较常落在 50%75%之间，这就要求此地区工作的电气设备既要具有良好的通风降温设计，又要有较好的防雨设计，对箱变的生产厂家和设计院提出了较高的要求。在某东南亚光伏项目上出现的箱式变压器的典型故障，分析了故障原因，为以后的工程提供帮助和借鉴。关键词：东南亚热带季风气候；光伏箱变;典型故障中图分类号院TM41文献标识码院A文章编号院2096-4390渊2023冤27-0065-04表 1整改前箱站运行情况1，2，7#5 712 kVA，3，4，5，6#3 264 kVA 项目箱站发电功率及最高温度（）3月 5日 3 月 6 日 13:40，环境温度 35，地表温度 48 13:40，环境温度 35，地表温度48 箱站 编号 12:20 功率/kw 14:00 油温/12:20 功率/kw 14:00 油温/1 5 589 73 开门运行 5418 73开门运行 2 5 380 71 开门运行 5314 71开门运行 3 3 149 78 开门运行 3052 77开门运行 4 3 072 79 开门运行 2943 77开门运行 5 3 032 82 开门运行 2992 82开门运行 6 3 079 82 开门运行 2950 81开门运行 7 5 260 71 开门运行 5067 70开门运行 65-科学技术创新 2023.272.1.1原因分析DL/T 596-2021 电力设备预防性试验规程 规定油浸式电力变压器的绕组直流电阻：1 600 kVA 以上容量的变压器，各相绕组电阻相间的差别不应大于三相平均值的 2%，无中性点引出的绕组线间差别不应大于三相平均值的 1%；与以前相同部位测得值比较，其变化不应大于 2%。对比箱变出厂试验报告，箱变绕组直流电阻基本一致，三相平衡率满足规程要求，可认为箱变内部无绕组的匝间短路。3 264 kVA 箱站高温跳闸主要原因系结构设计部分不合理，未考虑通风散热，变压器室内未形成有效风道，变压器本身无问题。此项目变压器设计温升为 4648 k,考虑到制作工艺等误差，实际温升按 50 k计算。现场使用时，设置跳闸值为 85，按照温升推算，变压器室温度不能超过 35。在中午时段满发的时间段，现场室外环境温度达 35 左右，由于变压器室未形成有效风道，内部热量无法排除，变压器室温度可达 44，已超出变压器正常运行温度范围，发生超温跳闸。2.1.2处理措施总体思路：现对箱变通风方案进行调整，在箱变基础上开通风孔，加大变压器室上部风机功率，同时在变压器片散及箱站侧面增加散热风扇，对所有风机增加报警回路，进而解决变压器超温跳闸问题。（1）在箱站基础上开通风窗并增加通风格栅。通风栅位于基础侧面靠上位置（避免雨水进入），通风窗尺寸为 200*400 共 12 个，位置见图 1。图 1箱变基础通风格栅施工图（2）将箱变外壳变压器室中部 2 只百叶窗及风机进行更换。更换后的百叶窗规格 738*565*35 mm；风机型号为 400FZY2-D。（3）箱变外壳变压器室两边 4 只风机进行更换，并添加防雨罩。更换后的新的风机安装板尺寸：680*509*20 mm，风机型号为 TG28080HA2B-C。（4）变压器片散下部增加风机。每侧增加 3 个风机，共计 6 个。风机型号为 TG28080HA2B-C。（5）散热风机的电气回路接线及报警回路接线。按照图纸，对变压器室风机进行接线；将低压柜内的风机散热电气回路进行整改，增加过欠流继电器，汇总变压器室风机电源（接触器只取其中两相电，电源取相时需避开 UPS 电源所使用的那一相），将过欠流继电器的报警信号接到端子排上预留的测控开入回路端子，并对过欠流继电器的保护值调整，见表 2。表 2增加风机的位置和容量2.1.33 264 kVA 箱站已经整改，整改后的箱变油温降温效果明显，整改效果见图 2、图 3 和表 3。图 2变压器片散下部加装风机图 3变压器室上部更换大排量量风机2.2箱变低压框架断路器发生跳闸（1）外观检查：现场人员巡视发现某箱变的低压柜外门处于开启状态，且伴有明显放电声响，经检查，低压侧烧毁，低压框架断路器接地保护动作，高压开关柜过流一段跳闸：箱变低压侧三相铜排端部有放容量 位置 规格 数量 400FZY2-D AC220 V 风量:2 400 CFM 功率 180 W 2 变压器 室顶部 TG28080HA2B-C AC220 V 风量:1 098 CFM 功率 126 W 4 3 264 kVA 变压器 底部 TG28080HA2B-C AC220 V 风量:1 098 CFM 功率 126 W 4 操作平台地面通风窗单侧三个双侧六个通风窗单侧六个地面爬梯66-2023.27 科学技术创新表 3整改后箱站运行情况电痕迹，箱变外壳内壁及塑壳断路器壳体有碳黑现象，塑壳断路器上口分支铜排有金属斑点。（2）直阻测试：现场对变压器直流电阻进行了 2次测试，相间差均未超过 2%，直阻测试结果正常。（3）带电净距：经现场测量，除塑壳断路器上口进线分支铜排的相间距外，汇流铜排间、汇流铜排端部和外壳、汇流铜排和低压柜内钢构件的最小距离均满足经海拔修正后的最小电气安全净距要求。具体测算为：根据 GB 50053-2013 20 kV 及以下变电所设计规范，该项目站址 1 kV 及以下裸带电部分至接地部分和不同的裸带电部分间最小电气安全净距 A 值不应大于：A20 1+1%（1 400-1 000）=20.8 mm现场测量箱变低压柜内 3 处带电距离：（a）主干铜排 A 相螺栓和 B 相相间最小距离：41 mm；（b）主干铜排 C 相端部和外壳间最小距离：80 mm；（c）主干铜排 C 相端部和低压柜内钢构件斜向最小距离：60 mm。2.2.1原因分析经过箱变侧、升压站侧基础数据的监测和故障滤波器记录的数据进行判断，根据升压站故障录波记录仪记录的电流峰值，经电流互感器变比折算，反算至箱变低压侧后，该电流超过了框架断路器短路瞬时保护整定电流值，并在框架断路器额定开断电流能力之内，因此箱变低压框架断路器发生跳闸。经检查，箱站低压侧一路逆变器误接线（超过 150A 的逆变器电流接到预留 63 A 的通讯载波回路处），导致塑壳开关上口导线长时过载时间在一个月以上，引起导线绝缘老化，产生对地短路后演变为相间短路，最终导致开关跳闸。同时发现，低压柜体在厂内的设计明显不合理，未考虑安全距离包括电气间隙（空间距离）、爬电距离（沿面距离）、飞弧距离，绝缘部分不合格，铜排未做倒角处理。2.2.2处理措施（1）对变压器进行试验检测，测试项目包括：绝缘电阻、电压比及联结组别（变比）、直流电阻、工频耐压、空载测量、油试验。（2）故障箱站的碳渍清理，铜排进行修复，导线更换，与主母排直接连接的 800 V 及以上电压端子选择满足安全距离和额定电压的端子，做耐压试验。（3）对取电塑壳上口曾过载过的导线进行更换，防止因导线漏电再次产生故障。（4）低压主母排尖端处最容易放电，对所有低压母排尖角进行人工打磨，进行铜排倒角工艺处理，避免出现尖端放电现象，同时在母线桥、低压柜主排和分支铜排搭接处加装热缩盒。（5）母线夹与安装梁之间需增加绝缘板，在铜排位置，绝缘板比安装梁大 15 mm，以加强此处绝缘，避免母线对安装梁放电击穿。2.2.3整改效果变压器已完成试验，试验结果合格，其中：变压器绕组匝数比正常，内部无短匝、少匝现象；变压器直流电阻正常，内部无断线、短接现象；变压器空载送电电流正常，内部无短路点；变压器绝缘电阻正常，绕组间及地无短接点，未出现绕组及引线对铁心、外壳间的移位接触；变压器油外观、介损正常，绝缘油性能未见漂浮颗粒、碳化物、污染劣化，本体内部绕组未见绝缘受损碳化现象；工频耐压试验正常，绕组绝缘系统工作正常，未见绝缘受损导致耐电强度下降现象。2.3其他的典型问题及处理（1）问题：容量为 5 712 kVA 箱变门为网门，网眼过大，不能防止蛇鼠进入；变压器室地板非全封闭设计雨水流进地基后无法排出，存在安全隐患问题。处理措施：在箱站增加防蚊虫铁丝网。并使用压条进行丝网固定。变压器室底板增加挡水条，使得雨水从网门处流出。同时考虑到增加防蚊虫铁丝网会对1，2，7#5 712 kVA，3，4，5，6#3 264 kVA 项目箱站发电功率及最高温度（）5月 16日（多云）5月17日（晴）13:40，环境温度35，地表温度44 13:40，环境温度36，地表温度 46 箱站 编号 12:20 功率/kw 14:00 油温/12:20 功率/kw 14:00 油温/1 5 708/4 100（数值变化较大）67（风机已整改）关门运行 5 871 73（风机已整改）关门运行 2 5 738/4 111 65（风机已整改）关门运行 5 857 73（风机已整改）关门运行 3 2 820/1 100 66（风机已整改）关门运行 2 795 74（风机已整改）关门运行 4 2 886/1 115 64（风机已整改）关门运行 2 782 72（风机已整改）关门运行 5 2 897/1 180 65（风机已整改）关门运行 2 800 73（风机已整改）关门运行 6 2 876/1 150 64（风机已整改）关门运行 2 772 72（风机已整改）关门运行 7 6 003/4 120 65（风机已整改）关门运行 5 850 74（风机已整改）关门运行 67-科学技术创新 2023.27变压器室通风产生阻隔，在变压器室内增加一台侧吹风机加强变压器室散热能力。（2）问题：原设计方案中只有 A C 两相电流互感器，无法满足 B 相电流采集。处理措施：为保证现场计量准确性，在框架断路器上口连接变压器部位增加 B 相互感器及相关接线。2.4问题总结这批箱变在安装、调试和运行过程中出现了很多问题，其中影响光伏项目安全稳定运行的典型问题主要有：项目在时间短、任务重的情况下出现设计不合规范、受限现场实际条件的问题3，结构设计部分不合理，未考虑通风散热；低压柜体设计不合理，未考虑安全距离、爬电距离、飞弧距离；绝缘部分不合格；一次设计不合理，铜排未做倒角处理；部分元器件选型不合格；内部制造工艺较粗糙。3结论为防止在东南亚热带季风气候下的其他光伏项目的箱变设备发生类似故障，建议：3.1在箱变的设计时需要进一步做好以下部分的优化工作：（1）内部通风部分的优化，不让内部温度过高，保证绝缘油的散热和绝缘性能。（2）低压柜体部分的优化，充分考虑安全距离、爬电距离、飞弧距离。低压主母排带电体对地安全距离不小于 30 mm，如不满足 30 mm 时，需要考虑复合绝缘；主母排端头母线夹处若有金属侧边，需增加绝缘板。（3）一次元件工艺的优化，铜排和绝缘需要进一步处理，防止放电现象方式。3.2设备选型的时候尽量选择华变，尽可能不选择欧变。3.3在箱变元器件的选择上尽量选择知名品牌。3.4易损件尽量多备一些备件。参考文献1于建军.试论光伏箱变的应用和发展J.机电信息，2017（30）：132-133.2杜双育，王红斌，李峰.变压器油温异常状态识别方法J.电气应用，2015（S2）：859-86.3贺中华.光伏电站箱变电缆头频繁击穿事故分析J.电工技术，2019（1）：113-116.Troubleshooting of Photovoltaic BoxVariables Based on the Tropical MonsoonClimate of South-east AsiaLiu Rui,Yang Ling（Powerchina Resources Ltd.,Beijing,China）Abstract:The climate of the tropical monsoon climate is characterised by high temperatures throughoutthe year,the average annual temperature is above 22 益,precipitation is divided into dry and rainy seasons,in the rainy season when the average humidity is generally more often falls between 50%75%,whichrequires this area of the work of the electrical equipment should be both good ventilation and cooling design,but also have a better design of the rain,the box transformer manufacturers and design institutes put forwarda higher demand.Typical failures of box transformers on a Southeast Asian photovoltaic project,the causes offailure are analysed to provide help and reference for future projects.Key words:South-east Asian tropical monsoon climate;photovoltaic box transformer;typical failures68-