本文阐述了变压器在储能系统应用中常见的故障及其形成原因，提出了变压器选型设计要点，为储能系统变压器的设计选型提供一些参考依据。

引文作者:上海盖能电气市场部（专注干式变压器30年）

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一、将变压器应用于储能系统

各种变压器在储能系统中的主要作用是：

①提升、隔离变压器，起到电压转换和工频隔离作用；

②起电压转换作用的配电变压器；

③采样变压器起工频隔离作用，产生中性点。下图显示了具体内容：

二、常见的故障模式分析

2.1绕组失败

2.1.1绕组过热故障

绕组过温是变压器最常见的故障之一，其原因主要有以下三个方面。

①该系统热量不足。变压器在设计时，对变压器的损耗评估不准确，散热不充分，导致变压器不能在额定容量下连续工作。蓄能系统中的变压器一般按照ClassH绝缘等级制造，材料的耐温达到180℃，变压器本身的耐温等级较高，因此变压器温度过高首先影响的是其周围布置的电气、电子部件和环境温度，导致其他工作温度较低的器件先发生过温。

②线圈短路。变压器匝间短路是由于线圈间绝缘失效引起的同绕组线匝之间的短路，匝间短路会导致变压器绕组局部产生短路电流，从而使线圈局部产生短路电流，引起局部严重发热。制造工艺中的问题，如变压器本身的漆包线、绝缘纸质量问题、线圈引起的漆包线损坏、引线有毛刺等制造工艺问题，雷击、工作过电压等过电压是造成绕组匝间绝缘击穿失效的主要原因之一。

③核心已经饱和。若变压器持续运行过电压或电压谐波，则变压器工作磁通密度增大，铁心饱和导磁率将急剧下降，变压器绕组阻抗下降，电流增大，绕组出现过温，严重情况下出现烧断现象。

2.1.2连接失败

导致连接失败的原因有三：

①引出线工艺不良，引出端和绕组的接触电阻大；

②在安装过程中，变压器在引出端因过载而引起松动或断裂；

③引出端材的铜铝转换问题。

2.1.3绝缘损坏

绝热破坏的原因是：

①NTC与铁芯或耐压间绝缘处理不足，绝缘耐压试验不能通过；

②长时间放置加上存放环境不好，变压器受潮，绝缘性能下降；

③安装不当，造成绝缘层损坏。

2.2核心失效

2.2.1核心过热

铁芯过温也是变压器常见故障之一，除系统散热不足外，谐波或纹波是常见的铁芯过温原因。当负载谐波或纹波过大时，通过阻抗形成谐波电压，在铁芯片内产生涡流电流，使其发热损耗。

2.2.2噪音增大

变压器的主要噪声源是铁心振动，铁心振动主要包括磁致伸缩和电磁力引起铁心振动。运行一段时间后，变压器噪声增大，使用中常出现的问题是谐波电流增大，引起损耗增加，振动加剧，噪声变大。

2.2.3核心生锈

变压器铁芯一般采用硅钢片作为导磁材料，在高湿的情况下极易发生锈蚀，危害是可能导致铁片间短路，涡流环流增大，铁芯发热量增加。

2.3其它故障

2.3.1无负载谐波大

在低强度的情况下，变压器表现为非线性。强磁场时，存在一端的线性区域。变压器设计时，通常需要对铁心截面进行合理的设计，使其在额定状态下处于该线性区域。当变压器空载时，电流较小，铁芯处于非线性区，电流发生畸变，通常呈尖顶波，电流增加后，磁场进入线性区，这种现象将消失。如果设计不当，将导致电流过大，变压器铁心的磁场强度仍处于非线性区域，电流产生畸变，即在空载时产生畸变，在电流较大时还存在，造成储能系统谐波超标。

2.3.2励磁涌流

引起上位跳闸是储能系统配电柜常见故障之一，励磁涌流过大。当变压器在空载或断电后恢复电压时，将在变压器电压突变的一侧产生数值较大的冲击电流，称为励磁涌流。它具有以下特点：①与短路电流相比，最大振幅可达变压器额定电流的6~15倍，并可与短路电流相比较；②励磁涌流流尖顶波，含有大量非周期成分、高次谐波。

励磁涌流引起的故障是：引起配电变压器上级保护开关跳闸，主回路变压器前端断路器不能合闸或合闸时产生的冲击电流烧坏断路器，一般应用中需要增加软启动电路。

2.3.3NTC预埋法

NTC一般在设计和制造时埋入变压器内部，用来监控变压器内绕组或铁芯的温度，其绝缘处理厚度、预埋位置等因素影响变压器运行时检测到的温度值。在没有严格控制的情况下，不同变压器在相同条件下检测到的NTC温度差异较大，当保护限值固定时，会造成过温误报或实际过温不保护。

2.3.4系统匹配

在储能系统中，变压器的系统匹配存在以下问题。

中线接地故障。蓄能系统一般应用于IT系统，即中性点不接地系统，IT系统一般使用对地绝缘电阻检测作接地保护，部分客户将储能系统接到中性点接地系统的应用，此时会有一些客户将储能系统接到接地系统中，这就需要去掉保护装置。

中性点接地也容易产生另一个系统匹配问题——储能系统中PCS交流侧对地具有极高的共模电压，而其二次配电变压器通常是从PCS输出端口产生的，如果将配电变压器二次侧N线接地，会引起共模干扰通过地线耦合到二次侧，导致二次侧L-N间出现较大的高频纹波。

三、变压器的设计选用注意事项

为变压器的设计提供要求，需按下表中列出的具体项目要求：