光伏电站箱式变压器典型故障分析及处理

器将逆变器输出的交流电变换到适合的电压等级接入电网。三相双二次绕组变压器根据其低压

侧配置的逆变器的运行特性，具备良好的阻抗特性和低电压穿越能力，对于光伏发电系统的 安全、稳定、经济运行至关重要。针对电站实际生产中遇到的单相接地、高压断线、高低压

短路等故障，分析了故障发生的原因，探讨了处理方法，对电站生产运维具有一定的指导意义。

关键词：箱式变压器；三相双二次绕组；单相接地；高压断线；高低压短路中图分类号：TM41 文献标志码：B 文章编号：1671-0320（2020）01-0020-040引言发生箱变故障的电站总装机容量50 MWp,

双绕组，2个低压绕组依次紧贴铁芯按双层螺旋

排布进行缠绕，绕组之间由绝缘纸进行绝缘，2

光伏组件采用EG-255P60-C组件，逆变器为集中

式逆变器，单机额定容量500 kW,箱式变压器为

个低压绕组的岀头母排分别布置在变压器的上下

两端。高压绕组缠绕在空心的绝缘纸筒上，最后 整体套在低压绕组上。变压器整体结构分为3部

ZGS11-Z.T-1000/38.5型双二次绕组变压器，额定 容量1 000 kVA,联结组别为D-yll, yllo 1台

箱式变压器带2台集中式逆变器（见图1）,全站

分：高压室、低压室、油箱本体及散热片，具体

参数见表lo共50台箱式变压器，以5回35 kV线路通过地埋

电缆接入光伏电站35 kV母线侧。1低压侧绕组接地故障1.1故障情况变压器内部采用三相三柱式铁芯，铁芯柱和

铁辄由钢片叠加而成，采用斜接缝搭接，接缝形

2018年10月29日，电站运维人员对全站箱

式为五步搭接，此种搭接形式可以有效降低铁芯

柱和铁辄接缝之间产生的损耗。变压器低压侧为变进行预防性试验，在对1号箱变停电做绝缘检 测试验时，发现1号箱变1号低压侧al、bl、cl 三相对地绝缘电阻为0, 1号箱变低压侧断路器进

收稿日期：2019-06-11,修回日期：2019-07-19线母排连接螺栓有烧黑痕迹，螺栓松动。停电之

作者简介：孙 星（1985）,男，内蒙古巴彦淖尔人，2011年毕业前，该发电单元正常发电，随后运维人员对该台 箱变进行了直流电阻测试，未发现异常。初步判

于北方工业大学电路与系统专业，硕士，高级工程师，

从事新能源技术管理工作；李亚星（1984）,男，内蒙古巴彦淖尔人，2006年毕业 于天津工程职业技术学院工业自动化专业，工程师，从

断1号箱变1号低压侧内部存在故障需开盖检查。

2018年11月2日返厂，开盖吊出铁芯后发现1

事新能源电站运维管理工作；号低压侧al相绕组出线铜排与支撑夹块间的绝缘

纸放电击穿，导致al相母排与铁芯支架的固定螺

窦永强（1989）,男，内蒙古呼和浩特人，2011毕业于

内蒙古电子信息职业技术学院通信技术专业，工程师， 从事新能源电站运维管理工作。

栓紧贴，形成接地点。• 20 •2020年2月孙星，等：光伏电站箱式变压器典型故障分析及处理11汇流箱・ • ・

1:汇流箱111・ 11_ _ -J汇流箱汇流箱图1箱式变压器发电单元简图

表1变压器参数项目参数项目参数产品型号相数ZFS11-乙T—1000/38.5三相额定容量/kVA1 00050频率/Hz高压电流/A低压电流/A装置种类联结组别负载损耗/kW额定电压/kV低压电压/kV冷却方式绝缘等级38.5 ±2x2.5^0.315/0.3150.31515916.4户外ONANA1.490D-yll,yll11.792空载损耗/kW总油质量/kgI 900器身质量/kg短路阻抗/%制造日期3 6306.052015-01总质量/kg出厂编号6 0002014Y2251.2故障分析及处理输出回路来说相当于在每一相的输出回路中串入

因箱变的联结组别为D-yll, yll,低压侧采用

中性点不接地方式.当发生单相接地故障时，根据

了阻抗，不破坏系统稳态模型。逆变器可以工作 于并网状态，但是输出效率降低。2高压侧断线故障光伏发电特性，从两个方面对故障情况进行分析。一是当逆变器工作于离网状态时，即夜晚或

辐照度不足时，逆变器工作于待机状态。此时，

箱变工作于配电状态，逆变器作为用电负荷由电

2.1故障情况2019年4月4日16时24分，光伏电站36区

逆变器故障跳闸，故障报文为低电压穿越和电网

网通过箱变供给维持逆变器待机状态的电能。1 号低压侧al相铜排与铁芯支架固定螺栓间绝缘损

坏形成接地点，但系统三相线电压保持不变，可 以正常给逆变器供电。这种状态不及时发现，持

欠压告警故障，逆变器复位无效，机组故障停机。

后台监控显示箱变1号、2号低压侧三相交流电

压分别为：ac 相 280 V AC、be 相 250 V AC. ab

续运行可能导致低压侧两点或多点接地。二是当逆变器工作于并网状态时.因逆变器

拓扑结构为无中性线引岀的三相三线不接地逆变 系统，逆变器控制系统只能测量或控制并网点的 线电压，且零序电流为0。根据逆变器三相稳态

相46 V ACO现场检查发现变压器内部有轻微放

电声音，变压器周围空气有明显臭鸡蛋气味。运

维人员立刻对箱变所在集电线路停电后进行故障

排查，测量箱变高压熔断器保险正常，测量箱变 高、低压侧相对地绝缘正常，在测量箱变高压侧

模型分析，三相三线不接地系统发生单相接地后， 相间绝缘时发现A相绕组与其他两相绕组的绝缘

电阻为无穷大，初步判断箱变高压侧A相存在断

无法形成电气闭合回路，因此不产生接地电流，

等效位在中性点产生接地阻抗。对于三相逆变器 线情况。进一步对箱变高压侧绕组进行直流电阻

• 21 •山西电力2020年第1期测试，BC相直流电阻正常，AC相和AB相直流电

阻为无穷大，确定箱变高压侧A相断线。2019年

4月6日返厂开盖后，发现A相高压负荷开关与

高压保险之间的连接线烧断，连接线从绝缘损坏

到烧断的过程中箱变内部存在放电打火现象，造 成变压器油严重污染。2.2故障分析及处理箱变高压侧断线一般分为高压引线断线和高

压绕组断线。本文故障变压器高压侧绕组采用三

角形接线，在故障测量时，AC相和AB相直流电

阻为无穷大，BC相直流电阻偏小，符合一相高压

引线断线的故障特征。高压绕组断线后，以一相

高压绕组断线为例，断线相与相邻绕组的直流电

阻将增加2倍，其余两相直流电阻不变。图2为 高压A相断线示意图及向量变化情况。图2高压A相断线示意图及向量变化情况在电气量变化方面，高压侧无断线相线电压 保持不变，断线相的两个线电压大小变为原线电 压的一半。低压侧有两相线电压相等且略小于原

线电压，一相线电压理论上降低为0,但实际测量

时因感应电压的存在，测量值在几十伏左右。3高低压侧短路故障

3.1故障情况2019年5月14 H 14时5分，10号箱变低压

侧断路器跳闸，电站运维人员立即前往事故地点

查看故障情况，到达现场后发现变压器声音异常,

现场喷出大量变压器油。此时，故障箱变所在的 35 kV集电II线353开关过流一段动作，353断路

器跳闸。线路跳闸后，运维人员立即将35 kV集 电II线353开关由运行转至检修状态，将故障箱

变从线路中解列，进行故障查看。查看保护装置 动作情况.353开关保护装置报三相过电流、相间

过电压。现场检查发现箱变低压侧绕组三相对地 短路，高压侧保险熔断，压力释放阀动作，现场

喷出大量发黑的变压器油，确定箱变内部发生严

重故障，需返厂开盖检查维修。2019年5月17日

• 22 •返厂开盖后，发现低压侧bl、b2两相绕组烧毁，

高压侧B相绕组烧毁，B相立柱铁芯崩坏.铁芯

下觇铁的部分铁芯崩坏。低压侧al、a2两相绕组 损坏，高压侧A相立柱铁芯局部崩坏。3.2故障分析及处理查看故障录波（图略），故障瞬间，35 kV母 线A相、B相电压跌落，导致35 kV C相电压突

变升高，随后2号光伏进线A相、B相过电流产

生，过流值超过系统定值后，保护启动，2号光伏 线353断路器跳闸。从故障滤波还可以发现，故

障发生初始阶段A、B相短路接地，C相绝缘未损

坏，C相故障电流滞后于A相、B相，当高压故

障进入稳态后，因箱变高压侧三相接线组别为角

接，表现为高压三相短路接地，此时C相才产生 故障电流。从变压器解体后内部故障情况来看，低压侧

bl. b2两相绕组短路为故障起因，短路放电后导 致低压绕组和高压绕组之间的绝缘击穿，使故障

扩大导致高低压绕组短路，高低压短路后释放巨

大的电弧引发铁芯机械性损伤，同时变压器油承

受高温发热冲开压力释放阀。箱变解体后查看高 低压绕组发现，B相低压绕组存在局部烧毁严重

的情况，可以初步判定B相低压绕组间存在绝缘 薄弱点。考虑到变压器发生高低压短路故障后，变压

器内部承受较大的短路冲击，从解体情况看，变

压器内部铁芯和铁觇都存在不同程度的变形，B

相绕组全部烧毁，A相绕组也存在变形和轻微损

坏，对变压器进行了报废处理。4防范措施1）低压侧采用星形接线且无中性点引出线的

箱式变压器，当发生单相接地故障后，因无零序 电流产生，且三相线电压未发生变化，逆变器仍

可以工作于发电状态，一方面不利于故障排查，

另一方面会导致故障的扩大，存在较大的安全隐 患。结合现场实际情况，在逆变器交流输出端增

加了绝缘监测装置，系统并网前加入了绝缘合格

的启动条件，如果绝缘检测不合格，系统报绝缘 故障，不能并网发电。对于新建光伏电站，建议

设备选型时选择三相四线逆变器，箱式变压器匹

2020年2月孙星，等：光伏电站箱式变压器典型故障分析及处理配D-ynl l,ynl 1接线组别变压器。行箱式变压器选型时要结合整体电气设计、当地

2) 电站日常运维应重视变压器的绝缘监测， 电网运行特点、现场自然环境等因素，特别关注

铁芯材料、绕组规格、绝缘材料的使用，增加与

定期进行绝缘检测工作。特别是采用星形接线且 无中性点引出线的箱式变压器的电站，应增加绝

缘检测的频率，建议1个月进行一次箱变低压侧 绝缘检测工作。生产厂家的技术沟通，确保所选用产品的合格性

和合理性。参考文献：3) 预防箱变内部绝缘故障，应重视油样化验

工作。从本文发生的两起高压故障来看，产生断

[1] HEATHCOTE Martin J.变压器实用技术大全[M].北京：机械

工业出版社,2008： 82-126.线和绕组短路都是因为存在内部绝缘薄弱点。内 部绝缘故障前期要经历一个绝缘恶化的过程，在 这个过程当中会发生局部的过热，定期进行油样

化验，可以及时发现绝缘恶化的过程，进行故障

[2] 赵霞.罗兰，汪凡，等.含不接地逆变电源的中低压配电网三相

潮流模型[J].中国电机工程学报,2016 (20)： 5421-5423.[3] 杨建国，鹿优.中性点不接地系统单相不完全接地故障分析

[J].山东电力技术,2013 (6)： 52-54.提前干预，降低故障损失。对于日常运行中油温 明显偏高的变压器，尤其要加强日常巡视并增加 油样化验的频率。[4] 李强，孙昭昌，程谋铃.一起站用变压器断线故障试验分析

[J].山东电力技术,2013 (1)： 41-42.[5|中华人民共和国电力工业部.电力设备预防性试验规程：DLT

596—2005 [S].北京：中国电力出版社.2005.4) 应重视电站投建时的技术选型工作，在进

Typical Fault Analysis and Treatment of Box-type

Transformers in Photovoltaic Power PlantsSUN Xing1, LI Yaxing2, DOU Yongqiang2(1. CGN New Energy Holdings Co., Ltd., Inner Mongolia Branch Company,Hohhot, Inner Mongolia 010040, China;2. Inner Mongolia Xingbang United Photovoltaic New Energy

Co.9 Ltd., Hohhot, Inner Mongolia 010020, China)Abstract： In large-scale grid-connected photovoltaic power plants with centralized inverters, box-type transformers with

three-phase double-secondary winding structure are generally used to convert the AC output from the inverter to a suitable voltage level for

access to the grid. Three-phase double-secondary winding transformer has good impedance characteristics and low voltage traversing

ability according to the operation characteristics of the inverters on its low-voltage side. It is very important for the safe, stable and

economic operation of photovoltaic power generation system. Based on the single-phase grounding fault, high-voltage disconnection fault

and high-low-voltage short-circuit fault encountered in the actual production of the power station, this paper analyses the causes of the

fault and introduces the methods of fault treatment, which has certain guiding significance for the production and operation of the power station.Key words: box-type transformer; three-phase double-secondary winding; single-phase grounding; high-voltage disconnection;

high-low-voltage short-circuit・23・