矿用变压器爆炸成因分析

高建民

（同煤集团朔州煤电公司安全应急防控中心， 山西 怀仁 038300）

引言

变压器作为矿山电力系统电力输送的重要设备之一，在矿山电力传送过程中起着举足轻重的作用，是电力路线中能量转换和传输的关键设备，因此，矿用变压器的运行与矿山电网的安全运行与维护息息相关。若矿用变压器发生故障，重则会发生爆炸等事故。

1 矿山电力变压器爆炸成因

电力变压器工作的原理是经过电磁感应，将交流电从一个电压电平转换为另一个电压电平的装置，它主要由初级、次级线圈和铁芯或者磁芯组成。油浸式变压器主要由木料、棉纱或布、纸等油剂物质制成的绝缘垫片和支架，并涂有大量的绝缘油。根据变压器的工作能力确定各绝缘物质的用量比例，如1 000 kVA的电力变压器绝缘油的用量达到1 t，纸料用量40 kg，木材用量0.12 m3。此种绝缘结构在变压器运行时，势必存在缺陷，其内部一旦出现短路或过载现象时，其可燃的绝缘油与几种绝缘材料在电弧或高温的作用下遍会产生燃烧，同时产生大量的气体，但由于变压器内部是封闭的空间，此时会使变压器的内部压力短时内急剧升高，到达极限时，便会造成其外壳爆破，绝缘油瞬间喷出，燃烧的油会进一步加剧爆炸。因此，分析电力变压器在运行过程中出现爆炸、火灾的主要原因就显得非常重要[1]。

2 变压器绝缘损坏

1）线圈绝缘老化。电力变压器在长时间超负荷的运转条件下，线圈发热量上升，绝缘老化状况加剧，致使线圈相间而产生短路、匝间短路或者对地产生短路，从而导致变压器发生燃烧、爆炸。所以变压器在安装正式运行前，必须严格测试绝缘强度，在操作过程中必须绝对禁止过载现象[2]。

2）铁芯绝缘老化。变压器的主要结构中包含铁芯硅钢片，若硅钢片的绝缘层受到一定程度损伤，硅钢片中会出现较大的涡流，产生涡流势必导致变压器内部局部温度迅速升高，随之，也会扩张绝缘层的损伤面积；严重时，甚至会熔化局部铁芯，相继损坏临近的绕组绝缘，因而产生短路从而引起燃烧乃至爆炸。

3）油量缺乏、油质不佳。电力变压器的绝缘油主要有以下三方面的作用：使变压器和壳芯具有良好的绝缘效果；使变压器在运行中的冷却加速；加速变压器外壳内的灭弧作用。所以如变压器绝缘油在运输、贮存或运行过程当中有水份、油污等杂质混入，使绝缘油的绝缘强度大幅下降。若绝缘油的绝缘强度降低到极限值时，导致绝缘性能降低，若不能加速冷却会导致变压器内部温度急剧升高，灭弧性能降低，因此变压器此时会发生短路，高温现象，继而导致火灾爆炸。

4）检修不慎，破坏绝缘。在吊芯的维护中，时常会碰坏线圈的瓷套管或绝缘。绝缘和瓷套管发生损伤后，假如维修人员没有及时发现，轻则闪络，重则发生短路。因此，在每次检修工作结束之后，必须有专门的人员进行清点，清查测试绝缘及其他各部件，确认无遗漏或其他损伤之后，才可以投入正常运行，否则将会由此引起火灾[3]。

3 负载短路

变压器三绕组之间的绝缘损坏或绝缘损耗会导致匝间短路、相间短路、层间短路和接地短路现象。短路电弧会引起可燃物燃烧，加速变压器老化。短路会在变压器内部释放大量热量，造成绝缘油分解过多酸性物质，使缠绕绝缘腐蚀，从而使短路情况加剧，变压器短路，若保护系统发挥不了作用或者其定值过大，便会导致变压器烧毁的严重后果，更甚者发生火灾、爆炸。因此，合理安装短路保护及合理设定保护系统，才可避免变压器在短路时起到应有的保护作用，从而避免爆炸的发生。

4 雷击过电压

变压器的电源绝大多数通过架空导线而来，极易受到雷击造成过电压现象，造成变压器绝缘击穿，严重时会烧毁变压器。但如果电力变压器与架空线路连接侧的避雷装置不完善或长时间无检修，雷击时，会发生如下事故：过电压便会通过损坏的避雷装置传入变压器内部，造成雷击爆炸，火灾；除变压器内部之外，还会引发油箱与变压器套管的闪络，油箱盖上的可燃物便会燃烧，引起火灾；绕组过电压击穿短路，造成绕组绝缘油击穿、油箱爆裂、喷射、导致起火。

5 导线接触不良

线圈内外的连接点、引出点和接触点，如果有连接问题，就会产生局部过热、线圈绝缘失效、出现短路或短路现象。因短路产生的高温电弧，会使得绝缘油疾速分解，产生大量气体，使得变压器内部压力快速升高，变成引发火灾、爆炸的导火索。

6 绝缘油变质

变压器中的绝缘油有双重功能，一是电器绝缘，二是循环散热。在运行过程当中，过载导致铁芯过热、高温或者绕组短路而产生电弧，因此氧化作用生成的多种溶于绝缘油的氧化物和酸性物质，以及多种成分不稳定的其他产物。其中有一种氧化物俗称“油泥”的物质，长期沉积于铁芯、绕组、散热片以及夹件上，因油泥的导电性较差，集聚时间过长会使得油泥量不断增多，增多绕组发热；生成的多种不稳定产物进一步分解以后，会分解产生臭氧，腐蚀性极强，对绝缘材料有很强的破坏作用。总之，变压器油加热产生的各种副产品将加速可燃气体和腐蚀绕组成分的形成。且由于油泥会阻碍绕组的散热，导致绕组绝缘能力下降，因此被击穿。故绝缘油的热分解能力和受热膨胀都会使油箱爆裂喷油燃烧。

7 套管故障

变压器一般采用油质较好、尺寸较小且拆装便利的、普通的全密封式油浸纸电容式瓷套管；缺点是安装时，套管受到外界的机械冲击力或者高温易产生裂纹。尤其当套管有质量问题，内部的电容芯中的水分与空气没有排除干净或者尺寸过小导热不良时，经常发生击穿，导致爆裂，引发火灾。

8 油箱故障

在电力变压器的制造过程中，若油箱存在质量问题，例如焊缝不密，或有虚焊存在，在输送的过程中，由于抖动以及长期运行，油箱壁应力受温度作用与变压器绝缘油的热胀冷缩而发生渗油现象；油箱与套管相连接的法兰盘密封性差或一些螺纹未拧紧的地方，同样也会出现渗油；严重时绕组或油箱等部位的接地或短路都会产生电弧，使油箱壁上烧出一个小孔。这些原因均为油箱渗漏的主要因素，一旦漏油遇到明火或电火花便会发生火灾事故。

9 保护装置失灵

变压器在事故状态下，如果非电量保护装置或者电流电压保护装置失灵、保护配置异常；控制电压过低或者断路器拒动时，都会使故引发的后果扩大造成火灾、爆炸事故[4]。

10 结语

变压器在矿山生产运行中起着重要作用，通过对电力变压器可能发生爆炸的成因进行分析，以保证矿井安全有序生产，如果变压器发生故障，可能导致电力系统瘫痪，甚至停电或者造成二次危害，因此保证电力系统变压器的有效稳定运行十分重要。

[1] 官澜.变压器中性点接地方式对电力系统运行可靠性的影响研究[D].成都：西南交通大学，2010.

[2] 安淑芳.变压器高压侧套管爆炸的原因分析及预防措施[J].电工技术，2004（12）：67-68.

[3] 杨博.电容式变压器套管爆炸事故分析[J].电世界，2014（2）：12-13.

[4] 张俊.变压器事故浅析-达拉特发电厂#2主变压器爆炸事故分析[J].内蒙古科技与经济，2009（11）：92-93.

（编辑：王慧芳）