電力變壓器常見的事故隱患與風險分析

郝崑

摘要：電力變壓器是各類發電廠、變電所以及工業與民用場所應用最為廣泛的電氣設備之一，本文系統的分析了電力變壓器的危險性，包括人身傷害和設備故障等，并運用了魚骨圖分析法詳細分析了油浸式電力變壓器的火災爆炸危險性，為變壓器的風險管理和控制提供參考。

關鍵詞：電力變壓器事故隱患風險

0 引言

電力變壓器是各類發電廠、變電所以及工業與民用場所應用最為廣泛的電氣設備之一，是進行輸變電或配電必須的設備，電力變壓器的安全運行在工業生產、民用生活中極為重要，若電力變壓器出現事故，將直接危及正常的生產及民用生活，嚴重者可能引發重大安全事故或使供電企業蒙受重大經濟損失。另一方面，在變壓器的運行過程中，或在變壓器養護、檢修環節可能發生人身傷亡事故，因此，系統的辨識與分析變壓器的危險性，對安全生產具有重要意義。

1 電力變壓器的分類與基本組成

變壓器的種類很多，按用途分為升壓變壓器、降壓變壓器、聯絡變壓器。以相數為基準劃分類別，它包括單相變壓器、三相變壓器、多相變壓器。按繞組結構分為雙繞組變壓器、三繞組變壓器、分裂繞組變壓器、自耦變壓器。按冷卻方式分為干式空冷變壓器、油浸自冷變壓器、油浸風冷式變壓器、強迫油循環風冷變壓器和強迫油導向循環水冷變壓器。按鐵芯形式分為心式變壓和殼式變壓器等。

不同的變壓器其結構和組成有一定的差別，高壓配電一般采用油浸式電力變壓器，而低壓配電系統常采用干式變壓器。油浸式電力變壓器主要由鐵芯、繞組、油箱、套管、分接開關、冷卻器、儲油柜、氣體繼電器、壓力釋放閥、溫度計等組成。樹脂澆注干式變壓器的鐵芯部件采用了優質冷軋晶粒取向硅片疊制成45°全斜接縫的結構形式，一、二次繞組均采用銅導線繞制而成，繞組的層間、段間、端部及內、外層絕緣均采用具有較高機械強度和電氣強度且耐高溫的玻璃纖維填充，以空氣作為冷卻介質，以固體樹脂作為絕緣介質，在繞組內埋設溫度傳感器。

2 電力變壓器風險分析

2.1 觸電危害 電力變壓器電壓等級較高，目前普遍采用的高壓變壓器電壓等級一般為66kV、110kV、220kV、550kV等，如此高的電壓，工作人員在運行及檢修過程中可能發生觸電危險，比如運行檢修過程中違章作業，未按規定辦理工作票或操作票或未按工作票或操作票進行操作，未按規定進行接地便開始工作等。

2.2 火災爆炸 變壓器是基于電磁感應原理，將交流電能轉化為各種電流、電壓參數的另一種電能設備。變壓器采用有機可燃物質（如木材、布、紙和棉紗等）制作支架與絕緣襯墊，并涂有大量絕緣油。用料比例根據變壓器工作能力而定，比如1000千瓦的變壓器需要1t的絕緣油、40kg的紙料和0.012m3的木材。當變壓器超負荷運轉，或內部短路，在高溫或電弧的影響下，其內部的有機可燃物會分解燃燒，產生大量煙氣，致使變壓器因內部壓力快速增大使外殼爆裂，噴出的絕緣油助長了火勢，導致大面積停電事故，給日常生產和生活帶來了諸多不便。采用魚骨圖對運行中的變壓器發生火災和爆炸的原因進行分析，見圖1。

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2.2.1 絕緣損壞。①線圈絕緣老化。變壓器長期超負荷運轉會使線圈發熱，加速絕緣老化，導致內部短路（主要是相間短路、匝間短路、對地短路），進而使變壓器外殼爆裂，引發大面積停電事故。②油質不佳，油量過少。絕緣油在儲運或運行維護時，因儲運或維護措施做得不到位，使油中混入雜質或水分，影響了油的絕緣性能。如果油體絕緣性能下降至一定范圍，就會導致變壓器內部短路。③鐵芯絕緣老化損壞。硅鋼片之間的絕緣材料因使用時間過長而逐漸老化，或夾緊鐵芯的螺栓套管損壞，鐵芯產生很大的渦流使線圈發熱，使變壓器內部溫度急劇升高，進而加速絕緣材料的老化程度。④檢修不當，破壞絕緣。檢修吊芯的過程中，因操作不當，損壞了線圈的瓷套管和絕緣體。在這種情況下如果變壓器繼續運行，輕則閃絡，重則短路。

2.2.2 導線接觸不良。線圈內部的接頭、線圈之間的連接點和引至高、低的瓷套管的接點及分接開關上各接點接觸不良，就會導致局部發熱，加速絕緣老化，進而導致變壓器內部出現斷路或短路現象。由此產生的高溫電弧會快速分解絕緣油，使其失去絕緣功能，隨之產生的大量煙氣會導致變壓器內部壓力劇增，當壓力升高到上限值后便會使變壓器外殼突然爆裂，產生嚴重的后果。據調查，導線接觸不良主要包括三種情況：一分接開關接點損壞，二螺栓松脫，三焊接質量差。

2.2.3 接地不良。接地的油浸電力變壓器當三相負載失衡時，零線就會通電流。如果零線電流和接地點接觸電阻都比較大，就會急劇抬高接地點的溫度，當溫升超上限制就會造成有機可燃物燃燒。

2.2.4 過電壓、過電流。油浸電力變壓器主要通過架空線通電流，如遇雷雨天氣，線路被雷擊中后產生過電壓的侵襲，輕則變壓器的絕緣材料被擊穿，重則導致變壓器直接被燒毀引發火災。鑒于此，變壓器管理人員應該事先采取防雷措施。另外變壓器在操作過電壓及諧振過電壓下也可能導致火災爆炸事故。

當變壓器超負荷運轉致使內部短路，強大的短路電流通過變壓器，如果保護系統失靈或整定值過大，變壓器就可能被燒毀。此類事故屬于變壓器運轉中的常見故障之一。基于供電系統穩定性的考慮，管理部門應該為變壓器安裝短路保護。

2.2.5 外部火源。變壓器在外部火源，如檢修時的電、氣焊火花，變壓器周圍設備及建構筑火災波及變壓器等，均可能導致變壓器火災爆炸事故。

2.3 電磁輻射 電力變壓器運行過程中，會產生電磁輻射。電磁輻射一旦超標，就會對周圍環境造成電磁輻射污染，會嚴重影響人體機能，如導致人體植物神經功能紊亂，血壓、血相失調，嚴重時還會損傷人眼。變壓器所產生的磁輻射，在空氣中的衰減率非常大，與微波爐運行時放射出的輻射量相差無幾；國際上規定變壓器距離居民樓應有0.9米的距離，而供電局在安裝時，保證變壓器距離居民樓2米以上。

2.4 噪聲危害 變壓器運行時會產生中低頻噪聲污染，如電磁噪聲以及通過冷卻風機、通風風機形成的空氣動力噪聲。國產變壓器的噪聲值通常設定為60～75分貝，室內變電站對變壓器性能指標要求較為嚴格，變壓器噪聲值通常設定在65分貝以內。

2.5 其它危害 電力變壓器故障造成設備損壞或停運。電力變壓器在運行過程中通常發生的故障包括：密封不良、絕緣故障、分接開關故障、繞組故障、引線故障、套管故障或鐵芯故障等。這些故障若不能及時被排除，將導致設備損壞或停運，甚至導致火災和爆炸事故。

3 電力變壓器故障及原因分析

3.1 繞組故障 ①假設線圈上銅導線表面有棱、刺，曲率半徑較小，那么處于工作狀態的變壓器頻頻受到電磁干擾時，尤其是當變壓器外部發生短路，或電磁干擾合閘操作過程，使導線上產生的毛刺損壞絕緣，造成線圈匝間短路。②如果變壓器線圈因接頭焊接質量差而影響線圈導電質量，線圈引出線與套管導電桿連接處存在缺陷，變壓器在工作狀態下往往因接頭溫度過高而出現局部絕緣劣化的現象；當接頭被熔斷，繞組就會出現短路現象。③如果線圈的絕緣體內有水滲入，或未按要求將絕緣體充分干燥，當變壓器工作時就容易出現匝間短路的問題。④處于工作狀態下的變壓器，其外部發生嚴重的短路故障時，電動力與機械力的雙重作用會使變壓器繞組發生嚴重的形變。比如繞組匝間短路、鼓包或形變；繞組軸向和徑向尺寸的變動；變壓器位置移動等。就現階段變壓器運行故障來分析，繞組變形無疑是破壞變壓器正常運行裝填的主要故障隱患之一。⑤繞組薄弱處的絕緣在瞬變過程中，如受雷電沖擊、對地弧光放電、沖擊合閘時，可能會破損或被擊穿。⑥變壓器如果長時間負載運行，內部會因溫升過高而加速線圈絕緣老化，使繞組匝間短路；另外，在高溫環境中，變壓器內部的絕緣油加速劣化，致使鐵芯、線圈等構件和油箱底部出現油泥沉積，降低了變壓器散熱效率，進而加劇變壓器內部溫升速率，最終使變壓器內部絕緣材料自燃或導致變壓器外殼爆裂。