电力变压器常见的事故隐患与风险分析

郝崑

摘要：电力变压器是各类发电厂、变电所以及工业与民用场所应用最为广泛的电气设备之一，本文系统的分析了电力变压器的危险性，包括人身伤害和设备故障等，并运用了鱼骨图分析法详细分析了油浸式电力变压器的火灾爆炸危险性，为变压器的风险管理和控制提供参考。

关键词：电力变压器事故隐患风险

0 引言

电力变压器是各类发电厂、变电所以及工业与民用场所应用最为广泛的电气设备之一，是进行输变电或配电必须的设备，电力变压器的安全运行在工业生产、民用生活中极为重要，若电力变压器出现事故，将直接危及正常的生产及民用生活，严重者可能引发重大安全事故或使供电企业蒙受重大经济损失。另一方面，在变压器的运行过程中，或在变压器养护、检修环节可能发生人身伤亡事故，因此，系统的辨识与分析变压器的危险性，对安全生产具有重要意义。

1 电力变压器的分类与基本组成

变压器的种类很多，按用途分为升压变压器、降压变压器、联络变压器。以相数为基准划分类别，它包括单相变压器、三相变压器、多相变压器。按绕组结构分为双绕组变压器、三绕组变压器、分裂绕组变压器、自耦变压器。按冷却方式分为干式空冷变压器、油浸自冷变压器、油浸风冷式变压器、强迫油循环风冷变压器和强迫油导向循环水冷变压器。按铁芯形式分为心式变压和壳式变压器等。

不同的变压器其结构和组成有一定的差别，高压配电一般采用油浸式电力变压器，而低压配电系统常采用干式变压器。油浸式电力变压器主要由铁芯、绕组、油箱、套管、分接开关、冷却器、储油柜、气体继电器、压力释放阀、温度计等组成。树脂浇注干式变压器的铁芯部件采用了优质冷轧晶粒取向硅片叠制成45°全斜接缝的结构形式，一、二次绕组均采用铜导线绕制而成，绕组的层间、段间、端部及内、外层绝缘均采用具有较高机械强度和电气强度且耐高温的玻璃纤维填充，以空气作为冷却介质，以固体树脂作为绝缘介质，在绕组内埋设温度传感器。

2 电力变压器风险分析

2.1 触电危害 电力变压器电压等级较高，目前普遍采用的高压变压器电压等级一般为66kV、110kV、220kV、550kV等，如此高的电压，工作人员在运行及检修过程中可能发生触电危险，比如运行检修过程中违章作业，未按规定办理工作票或操作票或未按工作票或操作票进行操作，未按规定进行接地便开始工作等。

2.2 火灾爆炸 变压器是基于电磁感应原理，将交流电能转化为各种电流、电压参数的另一种电能设备。变压器采用有机可燃物质（如木材、布、纸和棉纱等）制作支架与绝缘衬垫，并涂有大量绝缘油。用料比例根据变压器工作能力而定，比如1000千瓦的变压器需要1t的绝缘油、40kg的纸料和0.012m3的木材。当变压器超负荷运转，或内部短路，在高温或电弧的影响下，其内部的有机可燃物会分解燃烧，产生大量烟气，致使变压器因内部压力快速增大使外壳爆裂，喷出的绝缘油助长了火势，导致大面积停电事故，给日常生产和生活带来了诸多不便。采用鱼骨图对运行中的变压器发生火灾和爆炸的原因进行分析，见图1。

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2.2.1 绝缘损坏。①线圈绝缘老化。变压器长期超负荷运转会使线圈发热，加速绝缘老化，导致内部短路（主要是相间短路、匝间短路、对地短路），进而使变压器外壳爆裂，引发大面积停电事故。②油质不佳，油量过少。绝缘油在储运或运行维护时，因储运或维护措施做得不到位，使油中混入杂质或水分，影响了油的绝缘性能。如果油体绝缘性能下降至一定范围，就会导致变压器内部短路。③铁芯绝缘老化损坏。硅钢片之间的绝缘材料因使用时间过长而逐渐老化，或夹紧铁芯的螺栓套管损坏，铁芯产生很大的涡流使线圈发热，使变压器内部温度急剧升高，进而加速绝缘材料的老化程度。④检修不当，破坏绝缘。检修吊芯的过程中，因操作不当，损坏了线圈的瓷套管和绝缘体。在这种情况下如果变压器继续运行，轻则闪络，重则短路。

2.2.2 导线接触不良。线圈内部的接头、线圈之间的连接点和引至高、低的瓷套管的接点及分接开关上各接点接触不良，就会导致局部发热，加速绝缘老化，进而导致变压器内部出现断路或短路现象。由此产生的高温电弧会快速分解绝缘油，使其失去绝缘功能，随之产生的大量烟气会导致变压器内部压力剧增，当压力升高到上限值后便会使变压器外壳突然爆裂，产生严重的后果。据调查，导线接触不良主要包括三种情况：一分接开关接点损坏，二螺栓松脱，三焊接质量差。

2.2.3 接地不良。接地的油浸电力变压器当三相负载失衡时，零线就会通电流。如果零线电流和接地点接触电阻都比较大，就会急剧抬高接地点的温度，当温升超上限制就会造成有机可燃物燃烧。

2.2.4 过电压、过电流。油浸电力变压器主要通过架空线通电流，如遇雷雨天气，线路被雷击中后产生过电压的侵袭，轻则变压器的绝缘材料被击穿，重则导致变压器直接被烧毁引发火灾。鉴于此，变压器管理人员应该事先采取防雷措施。另外变压器在操作过电压及谐振过电压下也可能导致火灾爆炸事故。

当变压器超负荷运转致使内部短路，强大的短路电流通过变压器，如果保护系统失灵或整定值过大，变压器就可能被烧毁。此类事故属于变压器运转中的常见故障之一。基于供电系统稳定性的考虑，管理部门应该为变压器安装短路保护。

2.2.5 外部火源。变压器在外部火源，如检修时的电、气焊火花，变压器周围设备及建构筑火灾波及变压器等，均可能导致变压器火灾爆炸事故。

2.3 电磁辐射 电力变压器运行过程中，会产生电磁辐射。电磁辐射一旦超标，就会对周围环境造成电磁辐射污染，会严重影响人体机能，如导致人体植物神经功能紊乱，血压、血相失调，严重时还会损伤人眼。变压器所产生的磁辐射，在空气中的衰减率非常大，与微波炉运行时放射出的辐射量相差无几；国际上规定变压器距离居民楼应有0.9米的距离，而供电局在安装时，保证变压器距离居民楼2米以上。

2.4 噪声危害 变压器运行时会产生中低频噪声污染，如电磁噪声以及通过冷却风机、通风风机形成的空气动力噪声。国产变压器的噪声值通常设定为60～75分贝，室内变电站对变压器性能指标要求较为严格，变压器噪声值通常设定在65分贝以内。

2.5 其它危害 电力变压器故障造成设备损坏或停运。电力变压器在运行过程中通常发生的故障包括：密封不良、绝缘故障、分接开关故障、绕组故障、引线故障、套管故障或铁芯故障等。这些故障若不能及时被排除，将导致设备损坏或停运，甚至导致火灾和爆炸事故。

3 电力变压器故障及原因分析

3.1 绕组故障 ①假设线圈上铜导线表面有棱、刺，曲率半径较小，那么处于工作状态的变压器频频受到电磁干扰时，尤其是当变压器外部发生短路，或电磁干扰合闸操作过程，使导线上产生的毛刺损坏绝缘，造成线圈匝间短路。②如果变压器线圈因接头焊接质量差而影响线圈导电质量，线圈引出线与套管导电杆连接处存在缺陷，变压器在工作状态下往往因接头温度过高而出现局部绝缘劣化的现象；当接头被熔断，绕组就会出现短路现象。③如果线圈的绝缘体内有水渗入，或未按要求将绝缘体充分干燥，当变压器工作时就容易出现匝间短路的问题。④处于工作状态下的变压器，其外部发生严重的短路故障时，电动力与机械力的双重作用会使变压器绕组发生严重的形变。比如绕组匝间短路、鼓包或形变；绕组轴向和径向尺寸的变动；变压器位置移动等。就现阶段变压器运行故障来分析，绕组变形无疑是破坏变压器正常运行装填的主要故障隐患之一。⑤绕组薄弱处的绝缘在瞬变过程中，如受雷电冲击、对地弧光放电、冲击合闸时，可能会破损或被击穿。⑥变压器如果长时间负载运行，内部会因温升过高而加速线圈绝缘老化，使绕组匝间短路；另外，在高温环境中，变压器内部的绝缘油加速劣化，致使铁芯、线圈等构件和油箱底部出现油泥沉积，降低了变压器散热效率，进而加剧变压器内部温升速率，最终使变压器内部绝缘材料自燃或导致变压器外壳爆裂。