大型電力變壓器是電網(wǎng)傳輸電能的樞紐，是電網(wǎng)運行的主要設(shè)備，其安全可靠性是保障電力系統(tǒng)可靠運行的必備條件。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模和變壓器單機容量的不斷增大，其故障對國民經(jīng)濟造成的損失也愈來愈大，因而對變壓器進行可靠性分析非常必要。通過介紹當(dāng)前大型變壓器的典型事故，對事故成因和事故特點進行了分析，并有針對性地提出了預(yù)防和改善措施。

近年來國產(chǎn)大型變壓器的事故情況呈逐年下降的趨勢，通過統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，主要是110kV、220kV和500kV級變壓器發(fā)生損壞事故，關(guān)于330kV和750kV變壓器的事故率，因總臺數(shù)相對較少，每年新增加的數(shù)量也較少，事故率的數(shù)值波動比較大。

從事故部位來看，繞組絕緣事故是主要的，其次是調(diào)壓開關(guān)和套管。下面對幾種主要的事故類型的損壞情況、發(fā)生的原因進行舉例介紹。

一、大型變壓器的事故情況

1.繞組絕緣事故

在大型變壓器事故中，繞組的縱絕緣、主絕緣和引線絕緣事故占的比重很大，而且往往損壞嚴(yán)重，修復(fù)時間較長，損失很大。這類事故與制造廠關(guān)系很大，設(shè)計考慮不周，工藝粗糙是這類事故的主要起因。例如：

（1）某變電站一臺500kV主變壓器，容量為167000kVA，在系統(tǒng)無任何操作下，主變壓器的差動保護、瓦斯保護動作跳閘，兩只壓力釋放器動作噴油，油箱開裂。經(jīng)檢查，調(diào)壓繞組及引線燒損，調(diào)壓繞組下端靜電板引出軟銅線熔斷，該處絕緣嚴(yán)重?zé)齻?。該變壓器是中?20kV線端有載調(diào)壓，繞組的排列方式是低壓繞組—調(diào)壓繞組—中壓Ⅱ繞組—高壓繞組—中壓Ⅰ繞組，220kV線端調(diào)壓繞組從下端引出多根引線，較大范圍內(nèi)破壞了在220kV調(diào)壓繞組下端布置的靜電板的完整性，使該端部的絕緣結(jié)構(gòu)得不到完整布置。由于引線較多，工藝處理上難度很大，難以達到設(shè)計要求，致使局部電場強度過高，留下了絕緣事故隱患。這類事故屬于設(shè)計結(jié)構(gòu)不合理造成的。

（2）某變電站一臺220kV，120000kVA主變壓器，在運行中發(fā)生因圍屏放電引起的燒損事故。放電發(fā)生在長墊塊支撐結(jié)構(gòu)的220kV繞組絕緣紙板上，造成相間短路將繞組燒損。這是由于墊塊和圍屏紙板的接觸部位電場強度較高，特別是當(dāng)進入水分和雜質(zhì)，在電場作用下這些雜質(zhì)會向高場區(qū)集中，導(dǎo)致局部放電。受潮紙板在局部放電和沿面場強作用下，以樹枝狀放電通道向兩端延伸，直至相間或?qū)Φ負舸?/p>

2.短路強度不夠

器身結(jié)構(gòu)抗短路強度差是個較為突出的問題。由于我國大短路容量試驗條件所限，對大容量變壓器的機械強度設(shè)計計算和緊固質(zhì)量無法有效考核，制造方面又不夠重視，因此在運行中發(fā)生問題比較多。據(jù)統(tǒng)計，110kV變壓器由于抗短路強度不夠而損壞占這類事故的大部分。損壞的主要原因有以下幾方面：

（1）高低壓繞組壓緊度不均。采用同一壓板壓緊高低壓兩個繞組，由于高壓和低壓兩個繞組的高度在繞制過程中很難控制成一樣高，又由于導(dǎo)線尺寸以及絕緣尺寸的不同，難以保證兩個繞組壓縮到同樣的緊度。當(dāng)發(fā)生外部短路時，兩個繞組的抗短路強度就不同，弱者就會發(fā)生損壞。

為解決兩繞組高度差的問題，需在工藝上采取相應(yīng)的措施。首先要對墊塊進行密化處理。繞組加工好后，還應(yīng)對單個繞組進行恒壓干燥，并測量其壓縮后的高度，把同一壓板下的各個繞組調(diào)整到同一高度，然后在總裝時用油壓裝置對繞組施加規(guī)定的壓力，最終達到設(shè)計和工藝要求的高度。

（2）壓板強度不夠。在多起事故中，端部壓板被折斷，有的斷裂成幾塊，有的端部壓板采用兩個半圓層壓木來壓緊繞組，事實證明，壓緊強度很難達到要求。由于繞組縱向壓緊強度不夠，故障時在徑向力的作用下，往往使內(nèi)繞組向鐵芯方面擠壓，因而鐵芯燒損的情況屢有發(fā)生。

（3）運行管理不善。當(dāng)發(fā)生短路故障時保護失靈、開關(guān)拒動，使變壓器長時間承受故障電流而將變壓器嚴(yán)重?zé)龘p。

3.絕緣“脹包”堵塞油道

換位導(dǎo)線的使用，對降低低壓繞組的雜散損耗有明顯的好處。但由于工藝問題產(chǎn)生的換位導(dǎo)線松緊度較差，在運行中便出現(xiàn)了絕緣膨脹，堵塞冷卻油道。由于油道堵塞使絕緣嚴(yán)重老化乃至破損，最終造成匝間短路燒壞事故。

4.套管事故

套管事故不但造成套管本身的損壞，而且波及變壓器本體和周圍其他設(shè)備，且易釀成火災(zāi)。套管事故可分為兩類：一類是由于制造質(zhì)量差而發(fā)生，這類事故占的比例較大；另一類是由于運行時間長絕緣老化而發(fā)生。

5.進水受潮

由于密封不良，進水受潮，燒損變壓器的事故時有發(fā)生。

6.調(diào)壓開關(guān)問題

無激磁調(diào)壓開關(guān)由于多數(shù)缺陷能在檢測中發(fā)現(xiàn)，造成突發(fā)事故較少；而有載調(diào)壓開關(guān)造成事故的比較多，且110kV的調(diào)壓開關(guān)往往操作比較頻繁，事故比例占的較多。存在的問題主要是內(nèi)部連接部件松動、材料強度差、出頭接觸不良甚至脫落、操作機構(gòu)及限位開關(guān)失靈、切換器拒動以及分接開關(guān)絕緣不良等。

二、大型變壓器事故的預(yù)防

1.產(chǎn)品設(shè)計方面的問題

結(jié)構(gòu)設(shè)計是大型變壓器運行可靠性的基礎(chǔ)。如設(shè)計不當(dāng)或不成熟在運行中將會發(fā)生事故。作為使用部門要重視設(shè)計、了解設(shè)計。在訂貨時要結(jié)合運行中發(fā)生的事故，對相關(guān)的設(shè)計情況進行了解并提出改進意見。作為設(shè)計部門在設(shè)計時要考慮我國的實際條件，即工藝和材質(zhì)的分散性，在關(guān)鍵部位應(yīng)留有足夠的裕度。這個問題不但存在，而且具有一定的普遍性。建議從以下幾個方面考慮產(chǎn)品的裕度和可靠性：主要設(shè)計參數(shù)是否合適，比如重量、損耗不能過于偏?。恢圃鞆S該類產(chǎn)品的運行業(yè)績、可用系數(shù)、事故率、出廠實驗、一次通過率等。實驗項目和標(biāo)準(zhǔn)要嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定執(zhí)行。

關(guān)于變壓器主絕緣尺寸的問題。在大型變壓器中，其主絕緣一般采用薄紙筒小油隙結(jié)構(gòu)型式。在高壓變壓器絕緣結(jié)構(gòu)中，隔板數(shù)目隨電壓等級的提高而增多，但油隙也不能過小。若油隙受阻則散熱困難，故選取油隙尺寸應(yīng)適當(dāng)，不能只考慮滿足提高絕緣強度的需要，而忽略油道的冷卻問題，且紙筒的厚度為了滿足機械強度的要求也不能太薄，同時認為繞組的覆蓋對油隙的絕緣強度有很大影響，這些所必須的條件都應(yīng)予以適當(dāng)?shù)臐M足。因此，不能隨意減小主絕緣的尺寸。判斷變壓器絕緣的耐電強度的最根本的方法是耐壓試驗。工頻耐壓試驗是判斷主絕緣工頻耐電強度；沖擊耐壓試驗是判斷變壓器絕緣沖擊耐電強度，且沖擊試驗對絕緣結(jié)構(gòu)中的縱絕緣也會進行考驗。根據(jù)我國的實際情況，把220kV及以上變壓器的局部放電試驗作為出廠試驗項目之一，對控制變壓器的質(zhì)量很有效，且都能反映設(shè)計或工藝上的缺陷。

關(guān)于換位導(dǎo)線的問題。所謂換位導(dǎo)線，是將并聯(lián)導(dǎo)線的根數(shù)排成兩排按雙螺旋式繞組換位方法依次均勻地進行換位，采用特殊方法在絞線機上編制而成。在大容量變壓器中大電流繞組采用換位導(dǎo)線，由于單根導(dǎo)線尺寸較小，且經(jīng)過多次充分換位，確實具有大幅度降低渦流損耗、繞組結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕等優(yōu)點。但如上所述，由于工藝問題易造成油道堵塞使絕緣嚴(yán)重老化。因此，在設(shè)計中對大容量變壓器低壓繞組采用換位導(dǎo)線時，應(yīng)充分考慮導(dǎo)線的強度和剛度與短路電動力的配合以及導(dǎo)線絕緣膨脹對油道散熱的影響。

關(guān)于油流靜電放電問題。油流靜電放電是威脅超高壓變壓器運行安全的重要因素。鑒于已經(jīng)發(fā)生過的事故，在設(shè)計時合理選擇繞組各部分的油流速度，避免油流的劇烈擾動，進油口避開局部高電場區(qū)，將最大油流速度降低是適當(dāng)?shù)摹?/p>

2.抗短路機械強度方面的問題

主要措施之一是靠設(shè)計保證其抗短路沖擊的能力。為了減少這方面的損壞程度，一方面制造廠在變壓器繞組結(jié)構(gòu)上應(yīng)提高其穩(wěn)定性，加強支撐和壓緊度，繞組布置應(yīng)合理，防止繞組間電壓不平衡等。另一方面在電網(wǎng)設(shè)計時，處于負荷中心的樞紐變電站運行的變壓器，其低壓繞組的容量、電壓和短路阻抗等參數(shù)的選擇應(yīng)重點考慮變壓器短路時的動穩(wěn)定性能。

3.變壓器絕緣擊穿事故

變壓器的絕緣擊穿損壞事故占的比重很大，且修復(fù)比較困難，損失很大。因此在運行中應(yīng)主要做到三個“防止”：防止水分和空氣進入變壓器；防止雜物進入變壓器；防止絕緣受傷。

4.套管爆炸和著火事故

套管事故占的比重也較大，而且套管爆炸往往易引起著火事故。主要措施有適時的清掃，污穢區(qū)要有防污閃的措施，對有滲漏的缺陷應(yīng)及時處理，引線端子的接觸點要適時的檢測等。為了防止火災(zāi)的蔓延，事故儲油坑應(yīng)保持良好狀態(tài)，排油設(shè)施應(yīng)暢通，事故時能迅速排油，但要防止將油排入電纜溝，以免引起電纜著火。

5.分接開關(guān)和油劣化等方面的措施

對有載調(diào)壓開關(guān)在投運前應(yīng)按說明書認真進行調(diào)試，特別應(yīng)注意動靜觸頭間的接觸是否良好，位置是否正確，用手動操作機構(gòu)兩終端機械限位應(yīng)可靠，用電動操作傳動機構(gòu)兩終端電氣限位應(yīng)可靠，并應(yīng)進行切換開關(guān)的動作順序試驗。做好密封，以防止油與空氣接觸、防止油老化。

6.充分利用變壓器狀態(tài)檢修中的在線監(jiān)測和檢測技術(shù)

目前比較成熟的在線監(jiān)測和檢測技術(shù)：一是變壓器紅外監(jiān)測。通過對變壓器紅外測溫，可以直觀、明了地發(fā)現(xiàn)諸如接頭發(fā)熱、本體局部過熱、冷卻系統(tǒng)堵塞、油枕、套管虛假油位、油路堵塞、套管受潮介損增大等缺陷。二是色譜在線監(jiān)測。目前國內(nèi)一些廠家和院校已研發(fā)出在線分離和分別檢測變壓器油中H2、C0、CH4、C2H2、C2H4、C2H6六種溶解氣體的在線監(jiān)測裝置并得到了廣泛應(yīng)用。三是變壓器局部放電監(jiān)測。目前取得較好應(yīng)用效果的局部放電在線監(jiān)測方法主要有脈沖電流法、超聲法和超高頻法等三種方法。四是變壓器器身振動在線監(jiān)測。可以用來監(jiān)測變壓器夾件、繞組、鐵芯等松動故障。此外還有套管絕緣參數(shù)、鐵芯對地電流的在線監(jiān)測技術(shù)等。