大型變壓器事故預(yù)防措施分析

    大型電力變壓器是電網(wǎng)傳輸電能的樞紐，是電網(wǎng)運(yùn)行的主要設(shè)備，其安全可靠性是保障電力系統(tǒng)可靠運(yùn)行的必備條件。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模和變壓器單機(jī)容量的不斷增大，其故障對(duì)國民經(jīng)濟(jì)造成的損失也愈來愈大，因而對(duì)變壓器進(jìn)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(duì)事故成因和事故特點(diǎn)進(jìn)行了分析，并有針對(duì)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(shì)，通過統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，主要是110kV、220kV和500kV級(jí)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(tái)數(shù)相對(duì)較少，每年新增加的數(shù)量也較少，事故率的數(shù)值波動(dòng)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(duì)幾種主要的事故類型的損壞情況、發(fā)生的原因進(jìn)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(shí)間較長(zhǎng)，損失很大。這類事故與制造廠關(guān)系很大，設(shè)計(jì)考慮不周，工藝粗糙是這類事故的主要起因。例如：

　?。?）某變電站一臺(tái)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(dòng)保護(hù)、瓦斯保護(hù)動(dòng)作跳閘，兩只壓力釋放器動(dòng)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(dá)到設(shè)計(jì)要求，致使局部電場(chǎng)強(qiáng)度過高，留下了絕緣事故隱患。這類事故屬于設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不合理造成的。

　?。?）某變電站一臺(tái)220kV，120000kVA主變壓器，在運(yùn)行中發(fā)生因圍屏放電引起的燒損事故。放電發(fā)生在長(zhǎng)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(chǎng)強(qiáng)度較高，特別是當(dāng)進(jìn)入水分和雜質(zhì)，在電場(chǎng)作用下這些雜質(zhì)會(huì)向高場(chǎng)區(qū)集中，導(dǎo)致局部放電。受潮紙板在局部放電和沿面場(chǎng)強(qiáng)作用下，以樹枝狀放電通道向兩端延伸，直至相間或?qū)Φ負(fù)舸?/span>

　　2.短路強(qiáng)度不夠

　　器身結(jié)構(gòu)抗短路強(qiáng)度差是個(gè)較為突出的問題。由于我國大短路容量試驗(yàn)條件所限，對(duì)大容量變壓器的機(jī)械強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)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(yùn)行中發(fā)生問題比較多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，110kV變壓器由于抗短路強(qiáng)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：

　?。?）高低壓繞組壓緊度不均。采用同一壓板壓緊高低壓兩個(gè)繞組，由于高壓和低壓兩個(gè)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(gè)繞組壓縮到同樣的緊度。當(dāng)發(fā)生外部短路時(shí)，兩個(gè)繞組的抗短路強(qiáng)度就不同，弱者就會(huì)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(duì)墊塊進(jìn)行密化處理。繞組加工好后，還應(yīng)對(duì)單個(gè)繞組進(jìn)行恒壓干燥，并測(cè)量其壓縮后的高度，把同一壓板下的各個(gè)繞組調(diào)整到同一高度，然后在總裝時(shí)用油壓裝置對(duì)繞組施加規(guī)定的壓力，最終達(dá)到設(shè)計(jì)和工藝要求的高度。

　?。?）壓板強(qiáng)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(gè)半圓層壓木來壓緊繞組，事實(shí)證明，壓緊強(qiáng)度很難達(dá)到要求。由于繞組縱向壓緊強(qiáng)度不夠，故障時(shí)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。

　?。?）運(yùn)行管理不善。當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí)保護(hù)失靈、開關(guān)拒動(dòng)，使變壓器長(zhǎng)時(shí)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(duì)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(yùn)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(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)絕緣老化而發(fā)生。

二、大型變壓器事故的預(yù)防

　　1.產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面的問題

　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是大型變壓器運(yùn)行可靠性的基礎(chǔ)。如設(shè)計(jì)不當(dāng)或不成熟在運(yùn)行中將會(huì)發(fā)生事故。作為使用部門要重視設(shè)計(jì)、了解設(shè)計(jì)。在訂貨時(shí)要結(jié)合運(yùn)行中發(fā)生的事故，對(duì)相關(guān)的設(shè)計(jì)情況進(jìn)行了解并提出改進(jìn)意見。作為設(shè)計(jì)部門在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮我國的實(shí)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(gè)問題不但存在，而且具有一定的普遍性。建議從以下幾個(gè)方面考慮產(chǎn)品的裕度和可靠性：主要設(shè)計(jì)參數(shù)是否合適，比如重量、損耗不能過于偏小；制造廠該類產(chǎn)品的運(yùn)行業(yè)績(jī)、可用系數(shù)、事故率、出廠實(shí)驗(yàn)、一次通過率等。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)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(jí)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(qiáng)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(jī)械強(qiáng)度的要求也不能太薄，同時(shí)認(rèn)為繞組的覆蓋對(duì)油隙的絕緣強(qiáng)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(qiáng)度的最根本的方法是耐壓試驗(yàn)。工頻耐壓試驗(yàn)是判斷主絕緣工頻耐電強(qiáng)度；沖擊耐壓試驗(yàn)是判斷變壓器絕緣沖擊耐電強(qiáng)度，且沖擊試驗(yàn)對(duì)絕緣結(jié)構(gòu)中的縱絕緣也會(huì)進(jìn)行考驗(yàn)。根據(jù)我國的實(shí)際情況，把220kV及以上變壓器的局部放電試驗(yàn)作為出廠試驗(yàn)項(xiàng)目之一，對(duì)控制變壓器的質(zhì)量很有效，且都能反映設(shè)計(jì)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(jìn)行換位，采用特殊方法在絞線機(jī)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(shí)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(diǎn)。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(jì)中對(duì)大容量變壓器低壓繞組采用換位導(dǎo)線時(shí)，應(yīng)充分考慮導(dǎo)線的強(qiáng)度和剛度與短路電動(dòng)力的配合以及導(dǎo)線絕緣膨脹對(duì)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(yùn)行安全的重要因素。鑒于已經(jīng)發(fā)生過的事故，在設(shè)計(jì)時(shí)合理選擇繞組各部分的油流速度，避免油流的劇烈擾動(dòng)，進(jìn)油口避開局部高電場(chǎng)區(qū)，將最大油流速度降低是適當(dāng)?shù)摹?/span>

　　2.抗短路機(jī)械強(qiáng)度方面的問題

　　主要措施之一是靠設(shè)計(jì)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(qiáng)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(jì)時(shí)，處于負(fù)荷中心的樞紐變電站運(yùn)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(diǎn)考慮變壓器短路時(shí)的動(dòng)穩(wěn)定性能。

目前比較成熟的在線監(jiān)測(cè)和檢測(cè)技術(shù)：一是變壓器紅外監(jiān)測(cè)。通過對(duì)變壓器紅外測(cè)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(cè)。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(cè)變壓器油中H2、C0、CH4、C2H2、C2H4、C2H6六種溶解氣體的在線監(jiān)測(cè)裝置并得到了廣泛應(yīng)用。三是變壓器局部放電監(jiān)測(cè)。目前取得較好應(yīng)用效果的局部放電在線監(jiān)測(cè)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(dòng)在線監(jiān)測(cè)?？梢杂脕肀O(jiān)測(cè)變壓器夾件、繞組、鐵芯等松動(dòng)故障。此外還有套管絕緣參數(shù)、鐵芯對(duì)地電流的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)等。