华北地区风电场部分箱变故障原因分析

董 茜，马龙海

(中国电力建设工程咨询公司，北京 100120)

目前在变压器行业，箱变主要有欧式和美式两种，同属箱变，他们的相同之处就是都可以实现变电、高低压受配电以及低压补偿保护功能，完全可以作为一个微型的不用人一直看守的变电站。目前常用的箱变主要有欧式和美式两种，二者的区别还是比较大的：欧式箱变明确的将功能区进行了区分，显而易见，将高、低压开关柜， 变压器分装在高、低压室， 变压器室，三个室是彼此隔开的，形成一个小房子，然后用电缆或母排将每个部分连接起来。布置上，三个小室又分为目字和品字两种类型。小房外部还可以进行装修一下，贴上瓷砖等，置于公园、小区或者是高速公路两侧，占地面积不大，不会妨碍其他活动，而且也很美观。美式箱变的结构一般是目字形的，在变压器的油箱里面同时装有高压负荷开关、后备熔断器、插入式熔断器和变压器器身，同时在变压器低压侧柜里面安装低压开关柜，柜内安装有断路器，低压框架断路器，以及远程控制、适时测量、安全保护等装置。此外，美式箱变整体较小，各部件安排紧凑，占地面积少，价格比欧式低，但欧式箱变变压器高、 低压侧的保护方案比美式完善。美式箱变的变压器一般都是油浸式的，但欧式箱变的变压器则既可以干变也可以是油变的。 此外，由于欧式箱变的高、低压侧都设置有开关柜，安全保护装置相对比较完整，故而使用方法可以灵活多变，变化范围大，可满足的供、 配电要求相对复杂和广泛，但由于价格昂贵，目前欧式箱变在多数风场使用的较少，一般都是采用美式。

1 箱变类型、参数和技术

本文汇总了目前华北地区部分风电场美式箱变出现的故障，并对其加以分析和总结，找出原因。文中研究的箱变的主要参数和技术指标为。

1.1 箱变的类型

箱变容量为500kVA～2000kVA，负荷开关及高压熔断器安装在高压部分，框架式断路器则安装在低压部分，箱变内安装的控制变压器可以提供二次元件的电源，此外必须在箱变高、 低压侧安装避雷针，且必须都采用电缆进出线的方式 。

1.2 箱变的参数

高压单元的额定电压：30kV；低压单元的额定电压：0.69kV；额定电流：根据风机要求而定：高压单元的额定断开电流：30.5kA； 低压单元的额定断开电流：大于50kA；电缆绝缘皮耐热等级： A 级，接线组别： D， yn11。

1.3 箱变的技术指标

变压器必须使用油浸的且高于S10自然冷却低损耗； 泄漏比距必须大于2.5m/ kV ；硅钢片同样使用低损耗型；箱变整体安全防护的等级必须高于IP54， 必须同时配有闭锁装置，防止开门后箱变受大风损坏；整个箱变内部应采用单元式结构电气设备，并用绝缘隔板将各元件隔开；五防联锁机械装置必须设置在高压配电装置小室内，电磁锁要安装在高压电缆进线室门，当35kV 侧有电时， 室门打不开； 必须根据当地的海拔去对箱变内所有的设备进行安装，然后修正计算设备的每个参数，对设备进行选型；箱变的进出线必须有至少是两根以上的接线端子排电缆留出； 在电缆安装前，必须保证箱变的底部是处于完全密封的状态；低压断路器的额定短路开断电流必须大于50kA；损耗等性能保证相关的条款必须从规范书中能全部找到，同时也应该在商务合同中将对应的罚款条件一并加入 。

2 箱变故障工程案例汇总

2.1 故障案例1

2011年，华北地区某风电场工程箱变连续发生6起低压侧配电柜击穿烧毁事故，经组织专家组论证并结合现场实际情况，故障点均集中在箱变低压配电柜内，且故障发生时均为雷电天气或系统出现故障过电压情况下。

事故原因：综合各种因素判断，在系统出现过电压情况下(包括雷电过电压、弧光过电压、谐振过电压等)，箱变低压配电柜内绝缘配合不能满足运行要求，并在低压断路器与箱变低压侧引出线连接触头处形成击穿烧毁事故。

2.2 故障案例2

华北地区某风电场工程对风电机组消缺调试时发现，箱变低压侧配电柜烧毁严重，低压断路器、UPS设备、辅助变压器烧毁、进风机塔基柜电缆部分烧焦，柜体侧面和正门均崩开，柜体侧面在低压断路器处有一明显孔洞；高压侧无明显故障，主变本体未见异常。高压电缆A相跌落开关下口处击穿，跌落开关A、B两相熔断掉闸。

主要原因：箱变低压侧设备击穿着火事故是由于设备质量、箱变整体配置、防雷系统不完善等综合因素累积导致。低压断路器不满足高海拔地区使用条件，在雷电过电压情况下，断路器绝缘击穿，相间短路，形成事故。

2.3 故障案例3

华北地区某风电场二期工程于2011年6～8月36#、40#、41#、44#、50#箱式变电站运行中发生了低压侧配电柜击穿烧毁事故，由于所有在运变压器绝缘油色谱均有异常，在事故处理过程中，厂家采取了现场滤油、更换低压断路器、增加相间绝缘隔板等措施，但于2011年12月54#箱式变再次发生同类事故。

主要原因：①箱式变电站数次发生同类事故，无文件可证明绝缘结构是否进行了高海拔校正，箱式变供货厂家亦未提供响应合同要求的文件，箱式变可能存在结构性缺陷。②由于变压器绝缘油色谱异常，变压器本体可能存在放电缺陷和过热缺陷，同时无法排除使用再生油的可能性。

3 整改及防范措施

3.1 箱体防火问题

作为防火首先要考虑的就是箱体材料的耐火阻燃能力，其次是箱体对燃烧的隔阻能力。变电站选用钢板、铝合金板作为箱体虽然是防火的，但填充在铝合金板和钢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温材料，这样就完全没有达到阻燃的效果。国家相关行业规定：应使用玻璃纤维、合成材料或石棉作为箱式变电站的箱体填充物，不过所选的合成材料必须严格按照IS01210：1990方法A进行阻燃试验，实验合格了才能选用，否则不能选用。

3.2 箱体密封问题

必须要将变电站的箱体内外严密封闭。尤其是油浸变压器隔间，按规定为一类防火隔间，也就是说既要耐火又要严格封闭隔离。很多变电站箱体中的变压器隔间在防火方面普遍存在三个薄弱方面：一是钢板隔板的厚度小于2mm，焊接缝隙不严，不能满足防火的要求；二是箱体上下底部连接部分没有封闭严实，如果着火的话就会顺着连接缝隙和孔洞对其它设备安全产生威胁；三是很多变电站的箱体做成三角脊顶，一般是为了防水和好看顶部，还有一些箱体的隔板和顶板之间有较大缝隙，甚至有的部根本没有封堵三角脊顶，丝毫起不到防火作用。

3.3 箱体存在防潮的问题

按规程规定：变电站箱体必须防止水分的浸入。有些变电站的箱体底部封闭不是十分严密，箱体下部基础中间一般有0.6m深的空间，往往很潮湿，从而导致箱体内的潮湿度非常高，尤其是高、低压开关隔间，内部经常有凝露。绝缘件出现闪络故障在箱变内部发生也是经常有的，同时刀闸刀口被氧化的现象也经常出现。很多变压器隔间内为了保证良好的自然通风以便散热，往往在底部留较大的网孔状通风面，再加上变压器隔间的上部没有严密封闭，高、低压开关室经常被潮湿侵入，这也是高、低压开关室潮湿的一个重要原因。

3.4 电缆及断路器问题

由于拔插式电缆插头在结构的设计和使用上存在一些缺陷， 建议用T 型预制电缆连接器将其取代。 此外安装高压电缆后，安装单位应及时电缆抱箍加以紧固，防止电缆头绝缘子受力不均匀而出现开裂的情况。引发箱变低压断路器故障的主要是国产低压断路器的质量问题，以及断路器设计容量对降容和使用环境考虑不充分造成的。 为将这个问题完全解决，必须在箱变采购合同中将要求加以明确，选用合资或档次稍微好一点的次品牌的断路器，同时要求低压侧结构采用单元式。

[1]王朝辉，等.北方寒冷地区风电场部分箱变故障汇总及原因分析[J].内蒙古科技与经济，2010，(11).

[2]曹飞飞，肖承仟.由两起电缆头引发的事故谈美式箱变的应用[J].河南电力，2006，(1).

[3]肖承仟.一起美式箱变烧毁事故原因分析[J].水利电力劳动保护，2003，(2).