為了有效地分析箱式變壓器的故障，本文選用雙二次繞組的箱式變壓器(ZGS11-Z.T.-1000/38.5)，可配兩臺(tái)集中逆變器，其發(fā)電單元結(jié)構(gòu)如圖1所示。箱式變壓器采用三相三柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，低壓側(cè)有兩個(gè)繞組。整體結(jié)構(gòu)分為三部分:高低壓室和油箱。在實(shí)際運(yùn)行中，箱式變壓器常見(jiàn)的故障有低壓繞組接地故障、高壓側(cè)斷線故障、高壓側(cè)短路故障等。，下面將對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)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

由于光伏電站箱式變壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中沒(méi)有設(shè)計(jì)中性點(diǎn)接線，如果箱式變壓器低壓側(cè)發(fā)生單相接地故障，對(duì)絕緣的危害很大。集中式逆變器不同的運(yùn)行狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致不同的故障。首先，當(dāng)發(fā)電機(jī)組在光照不足的情況下停止工作時(shí)，集中式逆變器將脫離并網(wǎng)狀態(tài)，使得處于待機(jī)狀態(tài)的逆變器不再作為發(fā)電負(fù)荷，而是借助箱式變壓器從電網(wǎng)中吸收電能。此時(shí)，箱式變壓器承擔(dān)配電任務(wù)。如果箱式變壓器低壓位置發(fā)生單相接地，逆變器接收到的線電壓不會(huì)發(fā)生變化，逆變器仍能正常工作。但相電壓會(huì)升高，長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)造成箱式變壓器低壓側(cè)絕緣損壞，甚至多點(diǎn)接地。其次，有光的話，集中式逆變器會(huì)變成并網(wǎng)狀態(tài)。分析其接線方式和箱式變壓器不接地運(yùn)行方式，單向接地狀態(tài)下很難與大地形成有效回路，即不會(huì)有接地電流，逆變器出線電壓也不會(huì)發(fā)生變化。但在設(shè)計(jì)之初，其控制系統(tǒng)主要監(jiān)測(cè)線電壓，不會(huì)發(fā)現(xiàn)接地異常。逆變器仍將正常工作，但接地會(huì)影響逆變器的整體效率。

1.2高壓側(cè)斷線故障分析

根據(jù)斷線位置的不同，箱式變壓器的斷線故障可分為高壓引線斷線和繞組斷線。當(dāng)箱式變壓器高壓側(cè)發(fā)生高壓引線斷線故障時(shí)，會(huì)直接導(dǎo)致逆變器跳閘，發(fā)電機(jī)組會(huì)因故障停機(jī)。根據(jù)箱式變壓器測(cè)試，箱式變壓器內(nèi)部會(huì)有雜音和特殊氣味，故障相的繞組會(huì)有無(wú)窮大的電阻。通過(guò)測(cè)量其DC電阻，可以發(fā)現(xiàn)正常相與故障相繞組之間的電阻也會(huì)為無(wú)窮大，從而基本判斷斷線故障的發(fā)生。然而，當(dāng)高壓繞組斷開(kāi)時(shí)，故障標(biāo)志會(huì)有所不同，主要表現(xiàn)在DC電阻不會(huì)是無(wú)窮大，而只是正常兩相DC電阻的兩倍。通過(guò)測(cè)量故障后的電壓可以發(fā)現(xiàn)，在高壓側(cè)，故障相和相鄰相的線電壓會(huì)降低，一般降低到額定線電壓的50%，而正常相的線電壓不會(huì)變化。低壓側(cè)，斷線相對(duì)應(yīng)的低壓側(cè)相的線電壓明顯下降，但不會(huì)變?yōu)榱?，主要是感?yīng)電壓引起的。

1.3高低壓側(cè)短路故障分析

通常，箱式變壓器在運(yùn)行中經(jīng)常發(fā)生相間短路故障。當(dāng)高低壓側(cè)發(fā)生相間短路時(shí)，箱式變壓器相應(yīng)側(cè)的斷路器會(huì)跳閘，在故障的沖擊下，箱式變壓器往往會(huì)伴有內(nèi)部異響、噴油和異味。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)箱式變壓器短路故障的分析應(yīng)從保護(hù)動(dòng)作入手，對(duì)箱式變壓器故障有一個(gè)大致的了解，然后將箱式變壓器轉(zhuǎn)入檢修狀態(tài)，采取安全措施，斷開(kāi)光伏發(fā)電機(jī)組，詳細(xì)檢查故障情況。而且有時(shí)候，在故障初期，可能只是箱式變壓器的相間故障。如果故障進(jìn)一步發(fā)展，會(huì)造成變壓器內(nèi)部繞組燒損、鐵心坍塌等更大的損失。這種情況下，箱式變壓器只能報(bào)廢。在此，對(duì)箱式變壓器中一個(gè)實(shí)際故障的發(fā)展過(guò)程進(jìn)行了分析。初始故障發(fā)生在低壓側(cè)的相間短路，在短路沖擊放電的作用下，造成高低壓繞組之間的擊穿短路。在這種情況下，鐵芯被損壞，箱式變壓器油箱內(nèi)的油會(huì)嚴(yán)重噴發(fā)，并會(huì)分解變質(zhì)。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，造成高低壓繞組間短路的直接原因在于其自身絕緣薄弱。

2光伏電站箱式變壓器故障的預(yù)防措施

2.1附加絕緣監(jiān)測(cè)裝置

對(duì)于本文選用的箱式變壓器，屬于三相三線星形接線。如果有單相接地，由于沒(méi)有中性點(diǎn)，線電壓不會(huì)發(fā)生明顯變化，增加了接地故障排除的難度。接地逆變器的連續(xù)運(yùn)行可能會(huì)使接地故障惡化，甚至帶來(lái)更大的風(fēng)險(xiǎn)。因此，絕緣監(jiān)測(cè)裝置的使用可以為逆變單元的并網(wǎng)增加一份保障。如果有接地故障，會(huì)直接發(fā)出絕緣故障報(bào)警，斷開(kāi)故障單元。此外，為了更好地處理光伏箱式變壓器的接地故障，應(yīng)采用中性點(diǎn)連接的逆變器，并選擇yn11型作為其連接組別。

2.2加強(qiáng)日常絕緣監(jiān)測(cè)

為了保證光伏電站的安全運(yùn)行，應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)定進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)，尤其是絕緣監(jiān)測(cè)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)箱式變壓器的絕緣缺陷，降低站內(nèi)設(shè)備的故障概率。在光伏電站的實(shí)際運(yùn)行維護(hù)中，需要適當(dāng)增加箱式變壓器絕緣監(jiān)測(cè)的頻率。

2.3注意油樣測(cè)試。

根據(jù)光伏電站箱式變壓器的故障分析，內(nèi)部絕緣缺陷是導(dǎo)致高壓故障的關(guān)鍵原因。為了避免類似故障的發(fā)生，必須做好箱式變壓器內(nèi)部油樣的檢測(cè)工作。從內(nèi)絕緣的缺陷到失效，是長(zhǎng)時(shí)間逐漸積累的。在變質(zhì)的過(guò)程中，通常會(huì)出現(xiàn)放熱或放電的問(wèn)題，導(dǎo)致類油成分的拜年。通過(guò)定期測(cè)試，可以更有效地檢測(cè)絕緣狀況，必要時(shí)采取干預(yù)措施，避免絕緣狀況惡化。箱式變壓器在運(yùn)行中，要加強(qiáng)對(duì)油溫的監(jiān)測(cè)，通過(guò)增加檢查和試驗(yàn)的頻率，防止油溫過(guò)高的變壓器成為故障。

2.4做好施工階段的技術(shù)選擇。

為了保證光伏電站的長(zhǎng)期運(yùn)行安全，降低箱式變壓器的故障概率，需要從光伏電站的建設(shè)階段開(kāi)始，做好選址、電氣設(shè)計(jì)、設(shè)備選型等工作。，以確保箱式變壓器產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良，滿足電站總體設(shè)計(jì)要求。