一起风力发电工程中干式站用变压器故障及分析

1、背景

某风力发电工程在汇集升压站建设过程中，外接一路 10kV 干式箱变作为施工用电，工程结束后，转为汇集升压站的站用电源。该项目采用的 10kV 干式箱变基本情况如下：设备型号 SCB11-630/10、编号 200405、生产日期 2021 年 8 月、连接组别 DYnll

2、故障情况

2.1 保护动作信息

2021 年 11 月 4 日，该 10kV 变压器器投入运行，2021 年 11 月 09 日 04 时 05 分 30 秒，10kV 变压器高压侧进线柜断路器发生过流 I 段保护动作跳闸，变压器 400V 低压侧断路器没有保护动作信息10kV 断路器柜过流 I 段保护整定电流为 10.9A，互感器变比为 200/5，动作时间 0 秒。故障时故障电流分别为 Ia=16.17A，Ib=0A，Ic=13.5A，经计算，故障时流过高压柜 001 断路器的 A 相电流为 646.8A，C 相为 540A。

图 1 断路器保护动作信息

2.2 外观检查

2021 年 11 月 09 日 06 时 10 分，工作人员组织进行设备现场巡视检查，发现 1 号变压器 C 相桩头靠近铁芯处有明显烧焦痕迹，其余高低压设备巡视无异常。

图 2 外观检查情况

2.3 试验检查

故障发生后，工作人员对变压器进行了电气试验，变压器直流电阻和变比检查正常，绝缘电阻检查不合格，试验结果如下：

3、故障分析

3.1 外观分析

从外观检查可见，变压器 C 相内侧线圈与铁芯之间有明显的烧灼痕迹，这表明低压 C 相绕组与铁芯之间存在放电现象，从绝缘电阻试验也验证了这一点。

3.2 原理分析

该变压器连接方式为 ΔDYnll 。当低压侧 C 相绕组对铁芯及地短路时，流过低压绕组 C 相电流 IC非常大，而流过低压 A 相和 B 相的电流接近正常电流（约等于零）。根据变压器电磁感应原理，流过高压侧绕组 A 相和 B 相的电流也接近正常电流（约等于零），而流过高压侧 C 相的电流为极大的短路电流 IC 相。

根据线电流与相电流的关系：

IA 线=Iab 相-Ica 相

IB 线=Ibc 相-Iab 相

IC 线=Ica 相-Ibc 相

图 3 变压器短路示意图

图 4 变压器高压侧电流矢量图

由于低压侧 Ia 相和 Ib 相电流约等于零，而Ic 相为短路电流，因此向量相加减后，流过高压侧 A相和 C 相的线电流 IA 线和 IC 线接近于短路电流，而流过 B 相的线电流 IB 线接近于零，这与保护动作时检测到的电流相吻合。

3.3 初步判断

故障后检查高低压配电设备均未发现异常，结合专用变压器低压侧 C 相桩头靠近铁芯处有明显烧焦痕迹以及保护动作电流Ia=16.17A， Ib=0A ，Ic=13.5A，可初步判断故障为专用变压器低压侧 C 相绕组与铁芯之间绝缘击穿。

3.4 根本原因

变压器从投运到发生故障仅连续运行 5 个工作日，设备投运前检查及实验均正常，导致此次故障的根本原因为：变压器在生产过程中，低压绕组浇筑过程中固定不良，在吊装、运输、安装过程中，低压线圈松动。在交接试验时，该变压器够承受短时的低压侧绝缘电压和交流耐压试验。但在投入运行后，由于变压器负载会引起器身振动，且负荷越大振动越明显，振动导致低压绕组与铁芯之间的绝缘层性能受到损坏，最终形成低压 C 相绕组对铁芯接地放电的故障。

3.5 类似故障分析

采用以上同样的分析方法，可以对不同连接组别，不同故障类型的外在保护动作信息进行推演，以本文中的 DYn11 连接组边的变压器为例，不同故障类型的表现如下