大型變壓器事故預防措施分析

大型電力變壓器是電網傳輸電能的樞紐，是電網運行的主要設備，其安全可靠性是保障電力系統可靠運行的必備條件。隨著電力系統規模和變壓器單機容量的不斷增大，其故障對國民經濟造成的損失也愈來愈大，因而對變壓器進行可靠性分析非常必要。通過介紹當前大型變壓器的典型事故，對事故成因和事故特點進行了分析，并有針對性地提出了預防和改善措施。消防安全評估儀器

近年來國產大型變壓器的事故情況呈逐年下降的趨勢，通過統計數據來看，主要是110kV、220kV和500kV級變壓器發生損壞事故，關于330kV和750kV變壓器的事故率，因總臺數相對較少，每年新增加的數量也較少，事故率的數值波動比較大。

從事故部位來看，繞組絕緣事故是主要的，其次是調壓開關和套管。下面對幾種主要的事故類型的損壞情況、發生的原因進行舉例介紹。

一、大型變壓器的事故情況

1.繞組絕緣事故

在大型變壓器事故中，繞組的縱絕緣、主絕緣和引線絕緣事故占的比重很大，而且往往損壞嚴重，修復時間較長，損失很大。這類事故與制造廠關系很大，設計考慮不周，工藝粗糙是這類事故的主要起因。例如：

（1）某變電站一臺500kV主變壓器，容量為167000kVA，在系統無任何操作下，主變壓器的差動保護、瓦斯保護動作跳閘，兩只壓力釋放器動作噴油，油箱開裂。經檢查，調壓繞組及引線燒損，調壓繞組下端靜電板引出軟銅線熔斷，該處絕緣嚴重燒傷。該變壓器是中壓220kV線端有載調壓，繞組的排列方式是低壓繞組—調壓繞組—中壓Ⅱ繞組—高壓繞組—中壓Ⅰ繞組，220kV線端調壓繞組從下端引出多根引線，較大范圍內破壞了在220kV調壓繞組下端布置的靜電板的完整性，使該端部的絕緣結構得不到完整布置。由于引線較多，工藝處理上難度很大，難以達到設計要求，致使局部電場強度過高，留下了絕緣事故隱患。這類事故屬于設計結構不合理造成的。http://www.dentao.cn/

（2）某變電站一臺220kV，120000kVA主變壓器，在運行中發生因圍屏放電引起的燒損事故。放電發生在長墊塊支撐結構的220kV繞組絕緣紙板上，造成相間短路將繞組燒損。這是由于墊塊和圍屏紙板的接觸部位電場強度較高，特別是當進入水分和雜質，在電場作用下這些雜質會向高場區集中，導致局部放電。受潮紙板在局部放電和沿面場強作用下，以樹枝狀放電通道向兩端延伸，直至相間或對地擊穿。

2.短路強度不夠

器身結構抗短路強度差是個較為突出的問題。由于我國大短路容量試驗條件所限，對大容量變壓器的機械強度設計計算和緊固質量無法有效考核，制造方面又不夠重視，因此在運行中發生問題比較多。據統計，110kV變壓器由于抗短路強度不夠而損壞占這類事故的大部分。損壞的主要原因有以下幾方面：

（1）高低壓繞組壓緊度不均。采用同一壓板壓緊高低壓兩個繞組，由于高壓和低壓兩個繞組的高度在繞制過程中很難控制成一樣高，又由于導線尺寸以及絕緣尺寸的不同，難以保證兩個繞組壓縮到同樣的緊度。當發生外部短路時，兩個繞組的抗短路強度就不同，弱者就會發生損壞。

為解決兩繞組高度差的問題，需在工藝上采取相應的措施。首先要對墊塊進行密化處理。繞組加工好后，還應對單個繞組進行恒壓干燥，并測量其壓縮后的高度，把同一壓板下的各個繞組調整到同一高度，然后在總裝時用油壓裝置對繞組施加規定的壓力，最終達到設計和工藝要求的高度。

（2）壓板強度不夠。在多起事故中，端部壓板被折斷，有的斷裂成幾塊，有的端部壓板采用兩個半圓層壓木來壓緊繞組，事實證明，壓緊強度很難達到要求。由于繞組縱向壓緊強度不夠，故障時在徑向力的作用下，往往使內繞組向鐵芯方面擠壓，因而鐵芯燒損的情況屢有發生。

（3）運行管理不善。當發生短路故障時保護失靈、開關拒動，使變壓器長時間承受故障電流而將變壓器嚴重燒損。

3.絕緣“脹包”堵塞油道

換位導線的使用，對降低低壓繞組的雜散損耗有明顯的好處。但由于工藝問題產生的換位導線松緊度較差，在運行中便出現了絕緣膨脹，堵塞冷卻油道。由于油道堵塞使絕緣嚴重老化乃至破損，最終造成匝間短路燒壞事故。

4.套管事故

套管事故不但造成套管本身的損壞，而且波及變壓器本體和周圍其他設備，且易釀成火災。套管事故可分為兩類：一類是由于制造質量差而發生，這類事故占的比例較大；另一類是由于運行時間長絕緣老化而發生。

5.進水受潮

由于密封不良，進水受潮，燒損變壓器的事故時有發生。

6.調壓開關問題

無激磁調壓開關由于多數缺陷能在檢測中發現，造成突發事故較少；而有載調壓開關造成事故的比較多，且110kV的調壓開關往往操作比較頻繁，事故比例占的較多。存在的問題主要是內部連接部件松動、材料強度差、出頭接觸不良甚至脫落、操作機構及限位開關失靈、切換器拒動以及分接開關絕緣不良等。

二、大型變壓器事故的預防

1.產品設計方面的問題

結構設計是大型變壓器運行可靠性的基礎。如設計不當或不成熟在運行中將會發生事故。作為使用部門要重視設計、了解設計。在訂貨時要結合運行中發生的事故，對相關的設計情況進行了解并提出改進意見。作為設計部門在設計時要考慮我國的實際條件，即工藝和材質的分散性，在關鍵部位應留有足夠的裕度。這個問題不但存在，而且具有一定的普遍性。建議從以下幾個方面考慮產品的裕度和可靠性：主要設計參數是否合適，比如重量、損耗不能過于偏小；制造廠該類產品的運行業績、可用系數、事故率、出廠實驗、一次通過率等。實驗項目和標準要嚴格按照國家標準規定執行。

關于變壓器主絕緣尺寸的問題。在大型變壓器中，其主絕緣一般采用薄紙筒小油隙結構型式。在高壓變壓器絕緣結構中，隔板數目隨電壓等級的提高而增多，但油隙也不能過小。若油隙受阻則散熱困難，故選取油隙尺寸應適當，不能只考慮滿足提高絕緣強度的需要，而忽略油道的冷卻問題，且紙筒的厚度為了滿足機械強度的要求也不能太薄，同時認為繞組的覆蓋對油隙的絕緣強度有很大影響，這些所必須的條件都應予以適當的滿足。因此，不能隨意減小主絕緣的尺寸。判斷變壓器絕緣的耐電強度的最根本的方法是耐壓試驗。工頻耐壓試驗是判斷主絕緣工頻耐電強度；沖擊耐壓試驗是判斷變壓器絕緣沖擊耐電強度，且沖擊試驗對絕緣結構中的縱絕緣也會進行考驗。根據我國的實際情況，把220kV及以上變壓器的局部放電試驗作為出廠試驗項目之一，對控制變壓器的質量很有效，且都能反映設計或工藝上的缺陷。

關于換位導線的問題。所謂換位導線，是將并聯導線的根數排成兩排按雙螺旋式繞組換位方法依次均勻地進行換位，采用特殊方法在絞線機上編制而成。在大容量變壓器中大電流繞組采用換位導線，由于單根導線尺寸較小，且經過多次充分換位，確實具有大幅度降低渦流損耗、繞組結構緊湊、重量輕等優點。但如上所述，由于工藝問題易造成油道堵塞使絕緣嚴重老化。因此，在設計中對大容量變壓器低壓繞組采用換位導線時，應充分考慮導線的強度和剛度與短路電動力的配合以及導線絕緣膨脹對油道散熱的影響。

關于油流靜電放電問題。油流靜電放電是威脅超高壓變壓器運行安全的重要因素。鑒于已經發生過的事故，在設計時合理選擇繞組各部分的油流速度，避免油流的劇烈擾動，進油口避開局部高電場區，將最大油流速度降低是適當的。

2.抗短路機械強度方面的問題

主要措施之一是靠設計保證其抗短路沖擊的能力。為了減少這方面的損壞程度，一方面制造廠在變壓器繞組結構上應提高其穩定性，加強支撐和壓緊度，繞組布置應合理，防止繞組間電壓不平衡等。另一方面在電網設計時，處于負荷中心的樞紐變電站運行的變壓器，其低壓繞組的容量、電壓和短路阻抗等參數的選擇應重點考慮變壓器短路時的動穩定性能。

3.變壓器絕緣擊穿事故

變壓器的絕緣擊穿損壞事故占的比重很大，且修復比較困難，損失很大。因此在運行中應主要做到三個“防止”：防止水分和空氣進入變壓器；防止雜物進入變壓器；防止絕緣受傷。

4.套管爆炸和著火事故

套管事故占的比重也較大，而且套管爆炸往往易引起著火事故。主要措施有適時的清掃，污穢區要有防污閃的措施，對有滲漏的缺陷應及時處理，引線端子的接觸點要適時的檢測等。為了防止火災的蔓延，事故儲油坑應保持良好狀態，排油設施應暢通，事故時能迅速排油，但要防止將油排入電纜溝，以免引起電纜著火。

5.分接開關和油劣化等方面的措施

對有載調壓開關在投運前應按說明書認真進行調試，特別應注意動靜觸頭間的接觸是否良好，位置是否正確，用手動操作機構兩終端機械限位應可靠，用電動操作傳動機構兩終端電氣限位應可靠，并應進行切換開關的動作順序試驗。做好密封，以防止油與空氣接觸、防止油老化。

6.充分利用變壓器狀態檢修中的在線監測和檢測技術

目前比較成熟的在線監測和檢測技術：一是變壓器紅外監測。通過對變壓器紅外測溫，可以直觀、明了地發現諸如接頭發熱、本體局部過熱、冷卻系統堵塞、油枕、套管虛假油位、油路堵塞、套管受潮介損增大等缺陷。二是色譜在線監測。目前國內一些廠家和院校已研發出在線分離和分別檢測變壓器油中H2、C0、CH4、C2H2、C2H4、C2H6六種溶解氣體的在線監測裝置并得到了廣泛應用。三是變壓器局部放電監測。目前取得較好應用效果的局部放電在線監測方法主要有脈沖電流法、超聲法和超高頻法等三種方法。四是變壓器器身振動在線監測。可以用來監測變壓器夾件、繞組、鐵芯等松動故障。此外還有套管絕緣參數、鐵芯對地電流的在線監測技術等。