郝崑

摘要：電力變壓器是各類發(fā)電廠、變電所以及工業(yè)與民用場所應(yīng)用最為廣泛的電氣設(shè)備之一，本文系統(tǒng)的分析了電力變壓器的危險(xiǎn)性，包括人身傷害和設(shè)備故障等，并運(yùn)用了魚骨圖分析法詳細(xì)分析了油浸式電力變壓器的火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性，為變壓器的風(fēng)險(xiǎn)管理和控制提供參考。

關(guān)鍵詞：電力變壓器事故隱患風(fēng)險(xiǎn)

0 引言

電力變壓器是各類發(fā)電廠、變電所以及工業(yè)與民用場所應(yīng)用最為廣泛的電氣設(shè)備之一，是進(jìn)行輸變電或配電必須的設(shè)備，電力變壓器的安全運(yùn)行在工業(yè)生產(chǎn)、民用生活中極為重要，若電力變壓器出現(xiàn)事故，將直接危及正常的生產(chǎn)及民用生活，嚴(yán)重者可能引發(fā)重大安全事故或使供電企業(yè)蒙受重大經(jīng)濟(jì)損失。另一方面，在變壓器的運(yùn)行過程中，或在變壓器養(yǎng)護(hù)、檢修環(huán)節(jié)可能發(fā)生人身傷亡事故，因此，系統(tǒng)的辨識(shí)與分析變壓器的危險(xiǎn)性，對(duì)安全生產(chǎn)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(lián)絡(luò)變壓器。以相數(shù)為基準(zhǔn)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(jié)構(gòu)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(fēng)冷式變壓器、強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷變壓器和強(qiáng)迫油導(dǎo)向循環(huán)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(jié)構(gòu)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(tǒng)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(guān)、冷卻器、儲(chǔ)油柜、氣體繼電器、壓力釋放閥、溫度計(jì)等組成。樹脂澆注干式變壓器的鐵芯部件采用了優(yōu)質(zhì)冷軋晶粒取向硅片疊制成45°全斜接縫的結(jié)構(gòu)形式，一、二次繞組均采用銅導(dǎo)線繞制而成，繞組的層間、段間、端部及內(nèi)、外層絕緣均采用具有較高機(jī)械強(qiáng)度和電氣強(qiáng)度且耐高溫的玻璃纖維填充，以空氣作為冷卻介質(zhì)，以固體樹脂作為絕緣介質(zhì)，在繞組內(nèi)埋設(shè)溫度傳感器。

2 電力變壓器風(fēng)險(xiǎn)分析

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

2.2 火災(zāi)爆炸 變壓器是基于電磁感應(yīng)原理，將交流電能轉(zhuǎn)化為各種電流、電壓參數(shù)的另一種電能設(shè)備。變壓器采用有機(jī)可燃物質(zhì)（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(jù)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(dāng)變壓器超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，或內(nèi)部短路，在高溫或電弧的影響下，其內(nèi)部的有機(jī)可燃物會(huì)分解燃燒，產(chǎn)生大量煙氣，致使變壓器因內(nèi)部壓力快速增大使外殼爆裂，噴出的絕緣油助長了火勢，導(dǎo)致大面積停電事故，給日常生產(chǎn)和生活帶來了諸多不便。采用魚骨圖對(duì)運(yùn)行中的變壓器發(fā)生火災(zāi)和爆炸的原因進(jìn)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(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)使線圈發(fā)熱，加速絕緣老化，導(dǎo)致內(nèi)部短路（主要是相間短路、匝間短路、對(duì)地短路），進(jìn)而使變壓器外殼爆裂，引發(fā)大面積停電事故。②油質(zhì)不佳，油量過少。絕緣油在儲(chǔ)運(yùn)或運(yùn)行維護(hù)時(shí)，因儲(chǔ)運(yùn)或維護(hù)措施做得不到位，使油中混入雜質(zhì)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(huì)導(dǎo)致變壓器內(nèi)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(shí)間過長而逐漸老化，或夾緊鐵芯的螺栓套管損壞，鐵芯產(chǎn)生很大的渦流使線圈發(fā)熱，使變壓器內(nèi)部溫度急劇升高，進(jìn)而加速絕緣材料的老化程度。④檢修不當(dāng)，破壞絕緣。檢修吊芯的過程中，因操作不當(dāng)，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(xù)運(yùn)行，輕則閃絡(luò)，重則短路。

2.2.2 導(dǎo)線接觸不良。線圈內(nèi)部的接頭、線圈之間的連接點(diǎn)和引至高、低的瓷套管的接點(diǎn)及分接開關(guān)上各接點(diǎn)接觸不良，就會(huì)導(dǎo)致局部發(fā)熱，加速絕緣老化，進(jìn)而導(dǎo)致變壓器內(nèi)部出現(xiàn)斷路或短路現(xiàn)象。由此產(chǎn)生的高溫電弧會(huì)快速分解絕緣油，使其失去絕緣功能，隨之產(chǎn)生的大量煙氣會(huì)導(dǎo)致變壓器內(nèi)部壓力劇增，當(dāng)壓力升高到上限值后便會(huì)使變壓器外殼突然爆裂，產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。據(jù)調(diào)查，導(dǎo)線接觸不良主要包括三種情況：一分接開關(guān)接點(diǎn)損壞，二螺栓松脫，三焊接質(zhì)量差。

2.2.3 接地不良。接地的油浸電力變壓器當(dāng)三相負(fù)載失衡時(shí)，零線就會(huì)通電流。如果零線電流和接地點(diǎn)接觸電阻都比較大，就會(huì)急劇抬高接地點(diǎn)的溫度，當(dāng)溫升超上限制就會(huì)造成有機(jī)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(chǎn)生過電壓的侵襲，輕則變壓器的絕緣材料被擊穿，重則導(dǎo)致變壓器直接被燒毀引發(fā)火災(zāi)。鑒于此，變壓器管理人員應(yīng)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(dǎo)致火災(zāi)爆炸事故。

當(dāng)變壓器超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)致使內(nèi)部短路，強(qiáng)大的短路電流通過變壓器，如果保護(hù)系統(tǒng)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(yùn)轉(zhuǎn)中的常見故障之一?；诠╇娤到y(tǒng)穩(wěn)定性的考慮，管理部門應(yīng)該為變壓器安裝短路保護(hù)。

2.2.5 外部火源。變壓器在外部火源，如檢修時(shí)的電、氣焊火花，變壓器周圍設(shè)備及建構(gòu)筑火災(zāi)波及變壓器等，均可能導(dǎo)致變壓器火災(zāi)爆炸事故。

2.3 電磁輻射 電力變壓器運(yùn)行過程中，會(huì)產(chǎn)生電磁輻射。電磁輻射一旦超標(biāo)，就會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成電磁輻射污染，會(huì)嚴(yán)重影響人體機(jī)能，如導(dǎo)致人體植物神經(jīng)功能紊亂，血壓、血相失調(diào)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)損傷人眼。變壓器所產(chǎn)生的磁輻射，在空氣中的衰減率非常大，與微波爐運(yùn)行時(shí)放射出的輻射量相差無幾；國際上規(guī)定變壓器距離居民樓應(yīng)有0.9米的距離，而供電局在安裝時(shí)，保證變壓器距離居民樓2米以上。

2.4 噪聲危害 變壓器運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生中低頻噪聲污染，如電磁噪聲以及通過冷卻風(fēng)機(jī)、通風(fēng)風(fēng)機(jī)形成的空氣動(dòng)力噪聲。國產(chǎn)變壓器的噪聲值通常設(shè)定為60～75分貝，室內(nèi)變電站對(duì)變壓器性能指標(biāo)要求較為嚴(yán)格，變壓器噪聲值通常設(shè)定在65分貝以內(nèi)。

2.5 其它危害 電力變壓器故障造成設(shè)備損壞或停運(yùn)。電力變壓器在運(yùn)行過程中通常發(fā)生的故障包括：密封不良、絕緣故障、分接開關(guān)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(shí)被排除，將導(dǎo)致設(shè)備損壞或停運(yùn)，甚至導(dǎo)致火災(zāi)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(shè)線圈上銅導(dǎo)線表面有棱、刺，曲率半徑較小，那么處于工作狀態(tài)的變壓器頻頻受到電磁干擾時(shí)，尤其是當(dāng)變壓器外部發(fā)生短路，或電磁干擾合閘操作過程，使導(dǎo)線上產(chǎn)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(zhì)量差而影響線圈導(dǎo)電質(zhì)量，線圈引出線與套管導(dǎo)電桿連接處存在缺陷，變壓器在工作狀態(tài)下往往因接頭溫度過高而出現(xiàn)局部絕緣劣化的現(xiàn)象；當(dāng)接頭被熔斷，繞組就會(huì)出現(xiàn)短路現(xiàn)象。③如果線圈的絕緣體內(nèi)有水滲入，或未按要求將絕緣體充分干燥，當(dāng)變壓器工作時(shí)就容易出現(xiàn)匝間短路的問題。④處于工作狀態(tài)下的變壓器，其外部發(fā)生嚴(yán)重的短路故障時(shí)，電動(dòng)力與機(jī)械力的雙重作用會(huì)使變壓器繞組發(fā)生嚴(yán)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(dòng)；變壓器位置移動(dòng)等。就現(xiàn)階段變壓器運(yùn)行故障來分析，繞組變形無疑是破壞變壓器正常運(yùn)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(duì)地弧光放電、沖擊合閘時(shí)，可能會(huì)破損或被擊穿。⑥變壓器如果長時(shí)間負(fù)載運(yùn)行，內(nèi)部會(huì)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(huán)境中，變壓器內(nèi)部的絕緣油加速劣化，致使鐵芯、線圈等構(gòu)件和油箱底部出現(xiàn)油泥沉積，降低了變壓器散熱效率，進(jìn)而加劇變壓器內(nèi)部溫升速率，最終使變壓器內(nèi)部絕緣材料自燃或?qū)е伦儔浩魍鈿け选?/p>