【摘要】近年来，中国风力发电大规模发展，箱变作为风力发电场的主要设备之一，其故障在一定程度上影响风电场的发电效益。本文对风电场箱式变压器选型做了调查统计，对美式箱变运行中存在的问题进行汇总，通过风场箱变故障实例，对运行中美式箱变出现的故障原因及改进措施做了探讨，为沿海风电场箱变的采购及运行维护提供参考意见。

    【关键词】风电场；箱变；选型；维护

 

    双馈异步型风电机组，有一台风电机组基本上就有一台箱式变压器（简称箱变）。箱变能否安全的运行，直接影响风电机组运行的工况。由于沿海风电场箱变地处偏僻、人迹罕至的地方，环境湿度大，对风电场箱式变压器选型与运行维护提出较高的要求，本文结合工作实际，分析了运行中箱变存在的问题，为同行提供有益的借鉴。
 

    一、箱式变压器的选型
 

    箱式变压器目前主要有欧式变压器（简称欧变）和美式变压器（简称美变）二种，根据笔者的运行经验及与同行的交流，目前沿海风电场宜选择美变，主要原因有二，设备简洁，散热效果好，欧变外壳容易受强风、潮湿等原因影响受损。
 

    美变在设计制造时，应考虑便于运行人员的操作与维护。
 

    美变在运行中发生的主要问题与设计、制造、安装、运行等因素有关，主要表现在：

    1、设计方面

    1.1 设计容量偏小，导致变压器运行中发热；

    1.2 布局不合理，不利于运行中操作、巡视及异常的隔离。

 

    2、制造方面

 

    2.1 变压器防腐未按要求处理和施工，造成箱变锈蚀；

 

    2.2 变压器油不符合规范要求，有些采用二次油，且未进行必要的处理；

 

    2.3 焊接质量问题或密封圈错位、螺丝未拧紧，出现渗漏油现象；

 

    2.4 箱变密封性较差，柜门有缝隙，出现元器件易被灰尘污染，或潮湿空气进入，发生腐蚀。

 

    3、安装方面

 

    3.1 基础施工不符合规范要求，导致一段时间后，箱变基础发生不均匀沉降，发生倾斜；

 

    3.2 防火封堵及孔洞不符合规范要求，以致老鼠、黄鼠狼、蛇等小动物进入箱变，发生短路故障，损坏设备。

 

 

    1、箱变漏油。箱变漏油主要有焊接质量、密封圈性能不良或螺丝松动等原因。

 

    2010年某风电场发生一起箱变爆炸事故，集电线路保护跳闸，箱变顶端封板飞出几米以外；分析原因为箱变漏油，在油位下降后，高压负荷开关相间缺少油绝缘，发生相间短路。在以后的巡回检查中发现，漏油主要发生在箱变低压侧套管处，其主要原因为，初始设计采用平垫圈，套管与箱变接触面为平面，在安装过程中，垫圈发生滑动，造成密封不完整；整改措施，对垫圈、低压套管进行整体更换，其中将平垫圈更换为圆环形，套管与箱变接触面制造时带有一点弧形，以便卡住垫圈，同时加装低油位报警信号，送至主控室，提醒运行人员注意，及时采取处理措施。

 

    2、油色谱试验不合格。主要原因为箱变不密封，油中含有水分，引起氢气及总烃含量超标，较为严重的，设备存在放电现象，含有乙炔气体。风电场由于维护人员偏少，专业人员更少，加之箱变电压等级低、分布较为分散，箱变油色谱化验分析容易被忽视。

 

    某风电场2012年有32台箱变新安装投入运行，投运前油色谱化验有5台不合格，厂家初始解释为箱变注油存在渗漏，补焊导致，后续了解到箱变注入的是二次回收油，处理不彻底。运行中发生2次35KV 侧高压熔断路熔丝击穿，6台次控制变压器击穿异常。对较为严重的一台箱变停运检查，发现A相引线固定螺丝松脱，B相高压熔丝尾端与A相引线之间安全距离变小，发生相间击穿。对箱变整体进行油色谱试验，发现个别箱变油气中含有乙炔、多数箱变总烃含量高、氢气含量接近报警值。整改措施为，对含有乙炔及总烃含量高的箱变彻底清洗后，更换新的合格变压器油；氢气含量接近报警值的，进行密封处理，并进行真空滤油。部分油色谱化验数据如下表：

 

序号 油号 氢气 甲烷 乙烷 乙烯 乙炔 总烃 CO CO2

#48 25# 128 3.2 0 2.5 0 5.7 350 1006

 

#49 25# 378 70.6 6.2 0 0 76.8 70 546

 

#50 25# 2721 174 25.2 0 0 199.2 86 526

 

#61 25# 2586 167 27.8 1.2 0 196 85 584

 

#70 25# 582 5 20 10 0 35 594 2263

 

#71 25# 660 16 12 0 0 28 648 2605

 

#74 25# 937 54 11.1 0.6 0 65.7 120 684

 

#75 25# 121 37.8 8.6 20 26.6 93 79 876

 

    经验告诉我们，在正常运行状态下，由于油和固体绝缘逐渐老化、变质，会分解出少量的气体(主要有H2、甲烷CH4、乙烷C2H6、乙烯C2H4、乙炔C2H2、一氧化碳CO，二氧化碳CO2等7种)。当变压器内部发生故障时，这些气体的产气量会迅速增加，故障点温度较低时，甲烷比例较大，温度升高时，乙烯、氢气组分急剧增加，比例增大。当严重过热时，还会产生乙炔气体。固体绝缘的过热性故障时，除产生上面的低分子烃类气体外，还会产生较多的CO，CO2。随着温度的升高，CO／CO2的比值逐步增大，从而通过油中气体的各种成分含量多少来判断故障的性质及程度。所以，在变压器运行中，定期测量油中的气体组分和含量，能及时发现变压器内部的潜伏性故障。

 

 

    综上所述，美式箱变较欧式更适合沿海地区风电场，但美式箱变在制造质量等方面仍有需要改进及提高的地方。在箱变运行过程中，需加强对箱变的巡检维护，针对箱变运行中的异常情况及时分析与检查，防止事态的扩大，提高箱变稳定安全运行。

 

　　　

　　　

    朱国权，电气工程师，目前从事风电场的生产运营管理。

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