摘要：通過對美國近10年間變壓器故障的統(tǒng)計分析，討論故障的起因，并涉及了故障 類型、頻率、程度及運行壽命。對預(yù)防變壓器故障以延長其使用壽命的維護(hù)方法提出了建議。
關(guān)鍵詞：變壓器 故障統(tǒng)計 分析 預(yù)防

　　當(dāng)前的世界范圍內(nèi)，不間斷的電力供應(yīng)已成為工業(yè)生產(chǎn)、國防**、科技發(fā)展及人民生活中至關(guān)重要的因素。人們對能源不間斷供應(yīng)的依賴性常常是直到廠房里的生產(chǎn)設(shè)備突然停止工作、大樓燈光突然全部熄滅、電梯被懸在樓層之間時才意識到各種斷路器、布線及變壓器的重要性。

　　變壓器故障通常是伴隨著電弧和放電以及劇烈燃燒而發(fā)生，隨后電力設(shè)備即發(fā)生短路或其他故障，輕則可能僅僅是機器停轉(zhuǎn)，照明完全熄滅，嚴(yán)重時會發(fā)生重大火災(zāi)乃至造**身傷亡事故。因此如何確保變壓器的**運行受到了世界各國的廣泛關(guān)注。

　　美國HSB公司工程部總工程師William Bartley先生，主要負(fù)責(zé)對大型電力設(shè)備尤其是發(fā)電機和變壓器的分析和評估工作，并負(fù)責(zé)重大事故的調(diào)查、檢修程序的改進(jìn)及新型檢測技術(shù)方面的研究。自70年代以來，他負(fù)責(zé)調(diào)查了數(shù)千起變壓器故障并進(jìn)行了幾十年的科學(xué)統(tǒng)計研究。

　　在中國高速的現(xiàn)代化發(fā)展中，電力工業(yè)的**運行更起著關(guān)鍵作用。本文從介紹美國1988年至1997年10年間變壓器故障的統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為國內(nèi)提供參考資料及可借鑒的科學(xué)統(tǒng)計方法，以達(dá)到為電力部門服務(wù)的目的。

　　1　變壓器故障的統(tǒng)計資料

　　1．1　各類型變壓器的故障

　　過去10年來，HSB發(fā)生幾百起變壓器故障造成了數(shù)百萬美金的損失。圖1中列出了按變壓器類型顯示的變壓器故障統(tǒng)計數(shù)。從圖中的顯示可以看出除1988年外，電力變壓器故障始終 占據(jù)主導(dǎo)位置。

　　1．2　不同用戶的變壓器故障

　　變壓器使用在不同的部門，故障率是不同的。為了分析變壓器發(fā)生故障的危險性，可將用戶劃分為11個獨立類型：（1）水泥與采礦業(yè)；（2）化工、石油與天然氣；（3）電力部門；（4）食品加工；（5）醫(yī)療；（6）制造業(yè)；（7）冶金工業(yè)；（8）塑料；（9）印刷業(yè) ；（10）商業(yè)建筑；（11）紙漿與造紙業(yè)。

　　按照HSB的Rick Jones博士風(fēng)險管理的方法，將“風(fēng)險”定義為發(fā)生頻率與損失程度。損失程度可以被定義為年平均毛損失，而發(fā)生頻率（或稱為概率）則可定義為故障發(fā)生平均 數(shù)除以總數(shù)。所以，對于每一個給定的獨立組來說：

　　　頻率 = 故障數(shù) / 該組中的變壓器臺數(shù)

　?。ㄅe例來說，如果每年平均有10起故障，在一個給定的獨立組中有1,000個用戶，在該組中任何地點故障的概率就是0.01/年。）因此，可以采用產(chǎn)品的故障頻率與程度將變壓器的風(fēng) 險按用戶加以劃分。（風(fēng)險=頻率×程度）。

　　圖2中給出的是10年中10個獨立組中變壓器風(fēng)險性的頻率—程度“分布圖”。每組曲線中，X軸表示頻率、Y軸表示程度（或平均損失），X－Y的關(guān)系就形成了一個風(fēng)險性坐標(biāo)系統(tǒng)。其中的斜線稱為風(fēng)險等價曲線（例如，對于＄1,000的0.1的可能性與＄10,000的0.01的可能性可認(rèn)為是同等風(fēng)險的）。坐標(biāo)中右上角的象限是風(fēng)險性*高的區(qū)域。

　　當(dāng)考慮到頻率和程度時（如圖2所示），電力部門的風(fēng)險是*高的，冶金工業(yè)及制造業(yè)分別列在**和第三位。

　　1．3　各種使用年限變壓器的故障

　　按照變壓器設(shè)計人員的說法，在“理想狀況下”變壓器的使用壽命可達(dá)30～40年，很明顯的是在實際中并非如此。在1975年的研究中，故障時的變壓器平均壽命為9.4年。在1985年的研究中，變壓器平均壽命為14.9年。通常有盆形曲線顯示使用初期的故障率以及位于右端的老化結(jié)果，然而故障統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示變壓器的使用壽命并非無法預(yù)測。圖3中顯示了該研究中使用壽命的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以用來確定對變壓器進(jìn)行周期檢查的時間和費用。

　　在電力工業(yè)中變壓器的使用壽命應(yīng)當(dāng)給予特別地關(guān)注。美國在二戰(zhàn)后經(jīng)歷了一個工業(yè)飛速發(fā)展的階段，并導(dǎo)致了基礎(chǔ)工業(yè)特別是電力工業(yè)大規(guī)模的發(fā)展。這些自50年代到80年代安裝的設(shè)備，按其設(shè)計與運行的狀況，現(xiàn)在大部分都已到了老化階段。據(jù)美國商業(yè)部的數(shù)據(jù)，在1973～1974年間電力工業(yè)在新設(shè)備安裝方面達(dá)到了頂峰。如今，這些設(shè)備已運行了近25年，故必須對已安裝變壓器的故障可能性給予特別的關(guān)注。

　　2　變壓器故障原因分析

　　HSB收集了有關(guān)變壓器故障10年來的資料并進(jìn)行分析的結(jié)果表明，盡管老化趨勢及使用不同，故障的基本原因仍然相同。HSB公司電氣部的總工程師J.B.Swering在論文中寫到：“多種因素都可能影響到絕緣材料的預(yù)期壽命，負(fù)責(zé)電氣設(shè)備操作的人員應(yīng)給予細(xì)致地考慮。這些因素包括：誤用、振動,過高的操作溫度、雷電或涌流、過負(fù)荷、對控制設(shè)備的維護(hù)不夠、清潔**、對閑置設(shè)備的維護(hù)不夠、不恰當(dāng)?shù)臐櫥约罢`操作等。"

　　下表中給出了在過去幾十年中HSB公司總結(jié)出的有關(guān)變壓器故障的基本原因，表中列出了分別由1975、1983以及1998年的研究得出的關(guān)于故障通常的原因及其所占百分比。

　　2.1　雷擊

　　雷電波看來比以往的研究要少，這是因為改變了對起因的分類方法。現(xiàn)在，除非明確屬于雷擊事故，一般的沖擊故障均被列為“線路涌流”。

　　2．2　線路涌流

　　線路涌流（或稱線路干擾）在導(dǎo)致變壓器故障的所有因素中被列為首位。這一類中包括合閘過電壓、電壓峰值、線路故障/閃絡(luò)以及其他輸配(T＆D)方面的異常現(xiàn)象。這類起因在變壓器故障中占有顯著比例的事實表明必須在沖擊保護(hù)或?qū)σ延袥_擊保護(hù)充分性的驗證方面 給與更多的關(guān)注。

　　2．3　工藝/制造**

　　在HSB于1998年的研究中，僅有很小比例的故障歸咎于工藝或制造方面的缺陷。例如出線端松動或無支撐、墊塊松動、焊接**、鐵心絕緣**、抗短路強度不足以及油箱中留有異物。

　　2．4　絕緣老化

　　在過去的10年中在造成故障的起因中，絕緣老化列在**位。由于絕緣老化的因素，變壓器的平均壽命僅有17.8年，大大低于預(yù)期為35～40年的壽命！在1983年，發(fā)生故障時變壓 器的平均壽命為20年。

　　2．5　過載

　　這一類包括了確定是由過負(fù)荷導(dǎo)致的故障，僅指那些長期處于超過銘牌功率工作狀態(tài)下的變壓器。過負(fù)荷經(jīng)常會發(fā)生在發(fā)電廠或用電部門持續(xù)緩慢提升負(fù)荷的情況下。*終造成變壓器超負(fù)荷運行，過高的溫度導(dǎo)致了絕緣的過早老化。當(dāng)變壓器的絕緣紙板老化后，紙強度降低。因此，外部故障的沖擊力就可能導(dǎo)致絕緣破損，進(jìn)而發(fā)生故障。

　　2．6　受潮

　　受潮這一類別包括由洪水、管道滲漏、頂蓋滲漏、水分沿套管或配件侵入油箱以及絕緣 油中存在水分?！?．7　維護(hù)**

　　保養(yǎng)不夠被列為第四位導(dǎo)致變壓器故障的因素。這一類包括未裝控制其或裝的不正確、冷卻劑泄漏、污垢淤積以及腐蝕。

　　2．8　破壞及故意損壞

　　這一類通常確定為明顯的故意破壞行為。美國在過去的10年中沒有關(guān)于這方面變壓器故 障的報道。

　　2．9　連接松動

　　連接松動也可以包括在維護(hù)不足一類中，但是有足夠的數(shù)據(jù)可將其獨立列出，因此與以往的研究也有所不同。這一類包括了在電氣連接方面的制造工藝以及保養(yǎng)情況，其中的一個問題就是不同性質(zhì)金屬之間不當(dāng)?shù)呐浜?，盡管這種現(xiàn)象近幾年來有所減少。另一個問題就是 螺栓連接間的緊固不恰當(dāng)。

　　3　變壓器維護(hù)建議

　　根據(jù)以上統(tǒng)計分析結(jié)果，用戶可制訂一個維護(hù)、檢查和試驗的計劃。這樣不但將顯著地減少變壓器故障的發(fā)生以及不可預(yù)計的電力中斷，而且可大量節(jié)約經(jīng)費和時間。因為一旦發(fā)生事故，不僅修理費用以及停工期的花費巨大，重繞線圈或重造一臺大型的電力變壓器更需要6到12個月的時間。因而，一個包括以下建議的良好維護(hù)制度將有助于變壓器獲得*大的使用壽命。

　　3．1　安裝及運行

　?。?）確保負(fù)荷在變壓器的設(shè)計允許范圍之內(nèi)。在油冷變壓器中需要仔細(xì)地監(jiān)視頂層油 溫。

　?。?）變壓器的安裝地點應(yīng)與其設(shè)計和建造的標(biāo)準(zhǔn)相適應(yīng)。若置于戶外，確定該變壓器 適于戶外運行。

　?。?）保護(hù)變壓器不受雷擊及外部損壞危險。

　　3．2　對油的檢驗

　　變壓器油的介電強度隨著其中水分的增加而急劇下降。油中萬分之一的水分就可使其介電強度降低近一半。除小型配電變壓器外所有變壓器的油樣應(yīng)經(jīng)常作擊穿試驗，以確保正確地檢測水分并通過過濾將其去除。

　　應(yīng)進(jìn)行油中故障氣體的分析。應(yīng)用變壓器油中8種故障氣體在線監(jiān)測儀，連續(xù)測定隨著變壓器中故障的發(fā)展而溶解于油中氣體的含量，通過對氣體類別及含量的分析則可確定故障的類型。每年都應(yīng)作油的物理性能試驗以確定其絕緣性能，試驗包括介質(zhì)的擊穿強度、酸度、界面張力等等。

　　3．3　經(jīng)常維護(hù)

　?。?）保持瓷套管及絕緣子的清潔。

　?。?）在油冷卻系統(tǒng)中，檢查散熱器有無滲漏、生銹、污垢淤積以及任何限制油自由流動的機械損傷。

　?。?）保證電氣連接的緊固可靠。

　?。?）定期檢查分接開關(guān)。并檢驗觸頭的緊固、灼傷、**、轉(zhuǎn)動靈活性及接觸的定位。

　?。?）每三年應(yīng)對變壓器線圈、套管以及避雷器進(jìn)行介損的檢測。

　　（6）每年檢驗避雷器接地的可靠性。接地必須可靠，而引線應(yīng)盡可能短。旱季應(yīng)檢測接地電阻，其值不應(yīng)超過5Ω。

　?。?）應(yīng)考慮將在線檢測系統(tǒng)用于*關(guān)鍵的變壓器上。目前市場上有多種在線檢測系統(tǒng)，供應(yīng)商將不同的探測器與傳感器加以組裝，并將其與數(shù)據(jù)采集裝置相連，同時提供了通過 調(diào)制解調(diào)器實現(xiàn)遠(yuǎn)距離通訊的功能。美國SERVERON公司的TrueGas油中8種故障氣體在線監(jiān) 測儀就是極好的選擇。此系統(tǒng)監(jiān)測真實故障氣體含量，結(jié)合“專家系統(tǒng)”診斷將無害情況與 危險事件加以區(qū)分，保證變壓器的**運行。

　　4　結(jié)束語

　　變壓器是電網(wǎng)中的重要設(shè)備之一。雖配有避雷器、差動、接地等多重保護(hù)，但由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、電場及熱場不均等諸多因素，事故率仍然很高。中國在70年代的10年中，110kV及以上變壓器的年平均絕緣事故率約為17.66臺次，惡性事故和重大損失也時有發(fā)生。因此借鑒國外經(jīng)驗，利用先進(jìn)在線監(jiān)測設(shè)備，加強狀態(tài)維護(hù)模式，以使電力供應(yīng)更加**可靠