華北地區(qū)風電場部分箱變故障原因分析

董 茜，馬龍海

(中國電力建設(shè)工程咨詢公司，北京 100120)

目前在變壓器行業(yè)，箱變主要有歐式和美式兩種，同屬箱變，他們的相同之處就是都可以實現(xiàn)變電、高低壓受配電以及低壓補償保護功能，完全可以作為一個微型的不用人一直看守的變電站。目前常用的箱變主要有歐式和美式兩種，二者的區(qū)別還是比較大的：歐式箱變明確的將功能區(qū)進行了區(qū)分，顯而易見，將高、低壓開關(guān)柜， 變壓器分裝在高、低壓室， 變壓器室，三個室是彼此隔開的，形成一個小房子，然后用電纜或母排將每個部分連接起來。布置上，三個小室又分為目字和品字兩種類型。小房外部還可以進行裝修一下，貼上瓷磚等，置于公園、小區(qū)或者是高速公路兩側(cè)，占地面積不大，不會妨礙其他活動，而且也很美觀。美式箱變的結(jié)構(gòu)一般是目字形的，在變壓器的油箱里面同時裝有高壓負荷開關(guān)、后備熔斷器、插入式熔斷器和變壓器器身，同時在變壓器低壓側(cè)柜里面安裝低壓開關(guān)柜，柜內(nèi)安裝有斷路器，低壓框架斷路器，以及遠程控制、適時測量、安全保護等裝置。此外，美式箱變整體較小，各部件安排緊湊，占地面積少，價格比歐式低，但歐式箱變變壓器高、 低壓側(cè)的保護方案比美式完善。美式箱變的變壓器一般都是油浸式的，但歐式箱變的變壓器則既可以干變也可以是油變的。 此外，由于歐式箱變的高、低壓側(cè)都設(shè)置有開關(guān)柜，安全保護裝置相對比較完整，故而使用方法可以靈活多變，變化范圍大，可滿足的供、 配電要求相對復雜和廣泛，但由于價格昂貴，目前歐式箱變在多數(shù)風場使用的較少，一般都是采用美式。

1 箱變類型、參數(shù)和技術(shù)

本文匯總了目前華北地區(qū)部分風電場美式箱變出現(xiàn)的故障，并對其加以分析和總結(jié)，找出原因。文中研究的箱變的主要參數(shù)和技術(shù)指標為。

1.1 箱變的類型

箱變?nèi)萘繛?00kVA～2000kVA，負荷開關(guān)及高壓熔斷器安裝在高壓部分，框架式斷路器則安裝在低壓部分，箱變內(nèi)安裝的控制變壓器可以提供二次元件的電源，此外必須在箱變高、 低壓側(cè)安裝避雷針，且必須都采用電纜進出線的方式 。

1.2 箱變的參數(shù)

高壓單元的額定電壓：30kV；低壓單元的額定電壓：0.69kV；額定電流：根據(jù)風機要求而定：高壓單元的額定斷開電流：30.5kA； 低壓單元的額定斷開電流：大于50kA；電纜絕緣皮耐熱等級： A 級，接線組別： D， yn11。

1.3 箱變的技術(shù)指標

變壓器必須使用油浸的且高于S10自然冷卻低損耗； 泄漏比距必須大于2.5m/ kV ；硅鋼片同樣使用低損耗型；箱變整體安全防護的等級必須高于IP54， 必須同時配有閉鎖裝置，防止開門后箱變受大風損壞；整個箱變內(nèi)部應(yīng)采用單元式結(jié)構(gòu)電氣設(shè)備，并用絕緣隔板將各元件隔開；五防聯(lián)鎖機械裝置必須設(shè)置在高壓配電裝置小室內(nèi)，電磁鎖要安裝在高壓電纜進線室門，當35kV 側(cè)有電時， 室門打不開； 必須根據(jù)當?shù)氐暮０稳ο渥儍?nèi)所有的設(shè)備進行安裝，然后修正計算設(shè)備的每個參數(shù)，對設(shè)備進行選型；箱變的進出線必須有至少是兩根以上的接線端子排電纜留出； 在電纜安裝前，必須保證箱變的底部是處于完全密封的狀態(tài)；低壓斷路器的額定短路開斷電流必須大于50kA；損耗等性能保證相關(guān)的條款必須從規(guī)范書中能全部找到，同時也應(yīng)該在商務(wù)合同中將對應(yīng)的罰款條件一并加入 。

2 箱變故障工程案例匯總

2.1 故障案例1

2011年，華北地區(qū)某風電場工程箱變連續(xù)發(fā)生6起低壓側(cè)配電柜擊穿燒毀事故，經(jīng)組織專家組論證并結(jié)合現(xiàn)場實際情況，故障點均集中在箱變低壓配電柜內(nèi)，且故障發(fā)生時均為雷電天氣或系統(tǒng)出現(xiàn)故障過電壓情況下。

事故原因：綜合各種因素判斷，在系統(tǒng)出現(xiàn)過電壓情況下(包括雷電過電壓、弧光過電壓、諧振過電壓等)，箱變低壓配電柜內(nèi)絕緣配合不能滿足運行要求，并在低壓斷路器與箱變低壓側(cè)引出線連接觸頭處形成擊穿燒毀事故。

2.2 故障案例2

華北地區(qū)某風電場工程對風電機組消缺調(diào)試時發(fā)現(xiàn)，箱變低壓側(cè)配電柜燒毀嚴重，低壓斷路器、UPS設(shè)備、輔助變壓器燒毀、進風機塔基柜電纜部分燒焦，柜體側(cè)面和正門均崩開，柜體側(cè)面在低壓斷路器處有一明顯孔洞；高壓側(cè)無明顯故障，主變本體未見異常。高壓電纜A相跌落開關(guān)下口處擊穿，跌落開關(guān)A、B兩相熔斷掉閘。

主要原因：箱變低壓側(cè)設(shè)備擊穿著火事故是由于設(shè)備質(zhì)量、箱變整體配置、防雷系統(tǒng)不完善等綜合因素累積導致。低壓斷路器不滿足高海拔地區(qū)使用條件，在雷電過電壓情況下，斷路器絕緣擊穿，相間短路，形成事故。

2.3 故障案例3

華北地區(qū)某風電場二期工程于2011年6～8月36#、40#、41#、44#、50#箱式變電站運行中發(fā)生了低壓側(cè)配電柜擊穿燒毀事故，由于所有在運變壓器絕緣油色譜均有異常，在事故處理過程中，廠家采取了現(xiàn)場濾油、更換低壓斷路器、增加相間絕緣隔板等措施，但于2011年12月54#箱式變再次發(fā)生同類事故。

主要原因：①箱式變電站數(shù)次發(fā)生同類事故，無文件可證明絕緣結(jié)構(gòu)是否進行了高海拔校正，箱式變供貨廠家亦未提供響應(yīng)合同要求的文件，箱式變可能存在結(jié)構(gòu)性缺陷。②由于變壓器絕緣油色譜異常，變壓器本體可能存在放電缺陷和過熱缺陷，同時無法排除使用再生油的可能性。

3 整改及防范措施

3.1 箱體防火問題

作為防火首先要考慮的就是箱體材料的耐火阻燃能力，其次是箱體對燃燒的隔阻能力。變電站選用鋼板、鋁合金板作為箱體雖然是防火的，但填充在鋁合金板和鋼板中材料使用的往往阻燃效果不好，甚至有些使用的是根本就不阻燃的保溫材料，這樣就完全沒有達到阻燃的效果。國家相關(guān)行業(yè)規(guī)定：應(yīng)使用玻璃纖維、合成材料或石棉作為箱式變電站的箱體填充物，不過所選的合成材料必須嚴格按照IS01210：1990方法A進行阻燃試驗，實驗合格了才能選用，否則不能選用。

3.2 箱體密封問題

必須要將變電站的箱體內(nèi)外嚴密封閉。尤其是油浸變壓器隔間，按規(guī)定為一類防火隔間，也就是說既要耐火又要嚴格封閉隔離。很多變電站箱體中的變壓器隔間在防火方面普遍存在三個薄弱方面：一是鋼板隔板的厚度小于2mm，焊接縫隙不嚴，不能滿足防火的要求；二是箱體上下底部連接部分沒有封閉嚴實，如果著火的話就會順著連接縫隙和孔洞對其它設(shè)備安全產(chǎn)生威脅；三是很多變電站的箱體做成三角脊頂，一般是為了防水和好看頂部，還有一些箱體的隔板和頂板之間有較大縫隙，甚至有的部根本沒有封堵三角脊頂，絲毫起不到防火作用。

3.3 箱體存在防潮的問題

按規(guī)程規(guī)定：變電站箱體必須防止水分的浸入。有些變電站的箱體底部封閉不是十分嚴密，箱體下部基礎(chǔ)中間一般有0.6m深的空間，往往很潮濕，從而導致箱體內(nèi)的潮濕度非常高，尤其是高、低壓開關(guān)隔間，內(nèi)部經(jīng)常有凝露。絕緣件出現(xiàn)閃絡(luò)故障在箱變內(nèi)部發(fā)生也是經(jīng)常有的，同時刀閘刀口被氧化的現(xiàn)象也經(jīng)常出現(xiàn)。很多變壓器隔間內(nèi)為了保證良好的自然通風以便散熱，往往在底部留較大的網(wǎng)孔狀通風面，再加上變壓器隔間的上部沒有嚴密封閉，高、低壓開關(guān)室經(jīng)常被潮濕侵入，這也是高、低壓開關(guān)室潮濕的一個重要原因。

3.4 電纜及斷路器問題

由于拔插式電纜插頭在結(jié)構(gòu)的設(shè)計和使用上存在一些缺陷， 建議用T 型預(yù)制電纜連接器將其取代。 此外安裝高壓電纜后，安裝單位應(yīng)及時電纜抱箍加以緊固，防止電纜頭絕緣子受力不均勻而出現(xiàn)開裂的情況。引發(fā)箱變低壓斷路器故障的主要是國產(chǎn)低壓斷路器的質(zhì)量問題，以及斷路器設(shè)計容量對降容和使用環(huán)境考慮不充分造成的。 為將這個問題完全解決，必須在箱變采購合同中將要求加以明確，選用合資或檔次稍微好一點的次品牌的斷路器，同時要求低壓側(cè)結(jié)構(gòu)采用單元式。

[1]王朝輝，等.北方寒冷地區(qū)風電場部分箱變故障匯總及原因分析[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟，2010，(11).

[2]曹飛飛，肖承仟.由兩起電纜頭引發(fā)的事故談美式箱變的應(yīng)用[J].河南電力，2006，(1).

[3]肖承仟.一起美式箱變燒毀事故原因分析[J].水利電力勞動保護，2003，(2).