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大型变压器事故预防措施分析
大型电力变压器是电网传输电能的枢纽，是电网运行的主要设备，其安全可靠性是保障电力系统可靠运行的必备条件。随着电力系统规模和变压器单机容量的不断增大，其故障对国民经济造成的损失也愈来愈大，因而对变压器进行可靠性分析非常必要。通过介绍当前大型变压器的典型事故，对事故成因和事故特点进行了分析，并有针对性地提出了预防和改善措施。
近年来国产大型变压器的事故情况呈逐年下降的趋势，通过统计数据来看，主要是110kV、220kV和500kV级变压器发生损坏事故，关于330kV和750kV变压器的事故率，因总台数相对较少，每年新增加的数量也较少，事故率的数值波动比较大。
从事故部位来看，绕组绝缘事故是主要的，其次是调压开关和套管。下面对几种主要的事故类型的损坏情况、发生的原因进行举例介绍。
一、大型变压器的事故情况
1.绕组绝缘事故
在大型变压器事故中，绕组的纵绝缘、主绝缘和引线绝缘事故占的比重很大，而且往往损坏严重，修复时间较长，损失很大。这类事故与制造厂关系很大，设计考虑不周，工艺粗糙是这类事故的主要起因。例如：
（1）某变电站一台500kV主变压器，容量为167000kVA，在系统无任何操作下，主变压器的差动保护、瓦斯保护动作跳闸，两只压力释放器动作喷油，油箱开裂。经检查，调压绕组及引线烧损，调压绕组下端静电板引出软铜线熔断，该处绝缘严重烧伤。该变压器是中压220kV线端有载调压，绕组的排列方式是低压绕组—调压绕组—中压Ⅱ绕组—高压绕组—中压Ⅰ绕组，220kV线端调压绕组从下端引出多根引线，较大范围内破坏了在220kV调压绕组下端布置的静电板的完整性，使该端部的绝缘结构得不到完整布置。由于引线较多，工艺处理上难度很大，难以达到设计要求，致使局部电场强度过高，留下了绝缘事故隐患。这类事故属于设计结构不合理造成的。
（2）某变电站一台220kV，120000kVA主变压器，在运行中发生因围屏放电引起的烧损事故。放电发生在长垫块支撑结构的220kV绕组绝缘纸板上，造成相间短路将绕组烧损。这是由于垫块和围屏纸板的接触部位电场强度较高，特别是当进入水分和杂质，在电场作用下这些杂质会向高场区集中，导致局部放电。受潮纸板在局部放电和沿面场强作用下，以树枝状放电通道向两端延伸，直至相间或对地击穿。
2.短路强度不够
器身结构抗短路强度差是个较为突出的问题。由于我国大短路容量试验条件所限，对大容量变压器的机械强度设计计算和紧固质量无法有效考核，制造方面又不够重视，因此在运行中发生问题比较多。据统计，110kV变压器由于抗短路强度不够而损坏占这类事故的大部分。损坏的主要原因有以下几方面：
（1）高低压绕组压紧度不均。采用同一压板压紧高低压两个绕组，由于高压和低压两个绕组的高度在绕制过程中很难控制成一样高，又由于导线尺寸以及绝缘尺寸的不同，难以保证两个绕组压缩到同样的紧度。当发生外部短路时，两个绕组的抗短路强度就不同，弱者就会发生损坏。
为解决两绕组高度差的问题，需在工艺上采取相应的措施。首先要对垫块进行密化处理。绕组加工好后，还应对单个绕组进行恒压干燥，并测量其压缩后的高度，把同一压板下的各个绕组调整到同一高度，然后在总装时用油压装置对绕组施加规定的压力，最终达到设计和工艺要求的高度。
（2）压板强度不够。在多起事故中，端部压板被折断，有的断裂成几块，有的端部压板采用两个半圆层压木来压紧绕组，事实证明，压紧强度很难达到要求。由于绕组纵向压紧强度不够，故障时在径向力的作用下，往往使内绕组向铁芯方面挤压，因而铁芯烧损的情况屡有发生。
（3）运行管理不善。当发生短路故障时保护失灵、开关拒动，使变压器长时间承受故障电流而将变压器严重烧损。
3.绝缘“胀包”堵塞油道
换位导线的使用，对降低低压绕组的杂散损耗有明显的好处。但由于工艺问题产生的换位导线松紧度较差，在运行中便出现了绝缘膨胀，堵塞冷却油道。由于油道堵塞使绝缘严重老化乃至破损，最终造成匝间短路烧坏事故。
4.套管事故
套管事故不但造成套管本身的损坏，而且波及变压器本体和周围其他设备，且易酿成火灾。套管事故可分为两类：一类是由于制造质量差而发生，这类事故占的比例较大；另一类是由于运行时间长绝缘老化而发生。
二、大型变压器事故的预防
1.产品设计方面的问题
结构设计是大型变压器运行可靠性的基础。如设计不当或不成熟在运行中将会发生事故。作为使用部门要重视设计、了解设计。在订货时要结合运行中发生的事故，对相关的设计情况进行了解并提出改进意见。作为设计部门在设计时要考虑我国的实际条件，即工艺和材质的分散性，在关键部位应留有足够的裕度。这个问题不但存在，而且具有一定的普遍性。建议从以下几个方面考虑产品的裕度和可靠性：主要设计参数是否合适，比如重量、损耗不能过于偏小；制造厂该类产品的运行业绩、可用系数、事故率、出厂实验、一次通过率等。实验项目和标准要严格按照国家标准规定执行。
关于变压器主绝缘尺寸的问题。在大型变压器中，其主绝缘一般采用薄纸筒小油隙结构型式。在高压变压器绝缘结构中，隔板数目随电压等级的提高而增多，但油隙也不能过小。若油隙受阻则散热困难，故选取油隙尺寸应适当，不能只考虑满足提高绝缘强度的需要，而忽略油道的冷却问题，且纸筒的厚度为了满足机械强度的要求也不能太薄，同时认为绕组的覆盖对油隙的绝缘强度有很大影响，这些所必须的条件都应予以适当的满足。因此，不能随意减小主绝缘的尺寸。判断变压器绝缘的耐电强度的最根本的方法是耐压试验。工频耐压试验是判断主绝缘工频耐电强度；冲击耐压试验是判断变压器绝缘冲击耐电强度，且冲击试验对绝缘结构中的纵绝缘也会进行考验。根据我国的实际情况，把220kV及以上变压器的局部放电试验作为出厂试验项目之一，对控制变压器的质量很有效，且都能反映设计或工艺上的缺陷。
关于换位导线的问题。所谓换位导线，是将并联导线的根数排成两排按双螺旋式绕组换位方法依次均匀地进行换位，采用特殊方法在绞线机上编制而成。在大容量变压器中大电流绕组采用换位导线，由于单根导线尺寸较小，且经过多次充分换位，确实具有大幅度降低涡流损耗、绕组结构紧凑、重量轻等优点。但如上所述，由于工艺问题易造成油道堵塞使绝缘严重老化。因此，在设计中对大容量变压器低压绕组采用换位导线时，应充分考虑导线的强度和刚度与短路电动力的配合以及导线绝缘膨胀对油道散热的影响。
关于油流静电放电问题。油流静电放电是威胁超高压变压器运行安全的重要因素。鉴于已经发生过的事故，在设计时合理选择绕组各部分的油流速度，避免油流的剧烈扰动，进油口避开局部高电场区，将最大油流速度降低是适当的。
2.抗短路机械强度方面的问题
主要措施之一是靠设计保证其抗短路冲击的能力。为了减少这方面的损坏程度，一方面制造厂在变压器绕组结构上应提高其稳定性，加强支撑和压紧度，绕组布置应合理，防止绕组间电压不平衡等。另一方面在电网设计时，处于负荷中心的枢纽变电站运行的变压器，其低压绕组的容量、电压和短路阻抗等参数的选择应重点考虑变压器短路时的动稳定性能。
目前比较成熟的在线监测和检测技术：一是变压器红外监测。通过对变压器红外测温，可以直观、明了地发现诸如接头发热、本体局部过热、冷却系统堵塞、油枕、套管虚假油位、油路堵塞、套管受潮介损增大等缺陷。二是色谱在线监测。目前国内一些厂家和院校已研发出在线分离和分别检测变压器油中H2、C0、CH4、C2H2、C2H4、C2H6六种溶解气体的在线监测装置并得到了广泛应用。三是变压器局部放电监测。目前取得较好应用效果的局部放电在线监测方法主要有脉冲电流法、超声法和超高频法等三种方法。四是变压器器身振动在线监测。可以用来监测变压器夹件、绕组、铁芯等松动故障。此外还有套管绝缘参数、铁芯对地电流的在线监测技术等。
