變壓器故障的統(tǒng)計(jì)分析及預(yù)防方法 

　　摘要：通過對(duì)美國(guó)近10年間變壓器故障的統(tǒng)計(jì)分析，討論故障的起因，并涉及了故障 類型、頻率、程度及運(yùn)行壽命。對(duì)預(yù)防變壓器故障以延長(zhǎng)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(jì) 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(guó)防軍事、科技發(fā)展及人民生活中至關(guān)重要的因素。人們對(duì)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(shí)才意識(shí)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(jī)器停轉(zhuǎn)，照明完全熄滅，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生重大火災(zāi)乃至造成人身 傷亡事故。因此如何確保變壓器的安全運(yùn)行受到了世界各國(guó)的廣泛關(guān)注。 

　　美國(guó)HSB公司工程部總工程師William Bartley先生，主要負(fù)責(zé)對(duì)大型電力設(shè)備尤其是發(fā) 電機(jī)和變壓器的分析和評(píng)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(cè)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(jì)研究。 

　　在中國(guó)高速的現(xiàn)代化發(fā)展中，電力工業(yè)的安全運(yùn)行更起著關(guān)鍵作用。本文從介紹美國(guó)19 88年至1997年10年間變壓器故障的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為國(guó)內(nèi)提供參考資料及可借鑒的科學(xué)統(tǒng)計(jì)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(jì)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(jì)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(xiǎn)性，可將 用戶劃分為11個(gè)獨(dú)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(xiǎn)管理的方法，將“風(fēng)險(xiǎn)”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(duì)于每一個(gè)給定的獨(dú)立組來說： 

　　頻率 = 故障數(shù) / 該組中的變壓器臺(tái)數(shù) 

　　(舉例來說，如果每年平均有10起故障，在一個(gè)給定的獨(dú)立組中有1,000個(gè)用戶，在該組中 任何地點(diǎn)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(xiǎn)按用戶加以劃分。(風(fēng)險(xiǎn)=頻率×程度)。 

　　圖2中給出的是10年中10個(gè)獨(dú)立組中變壓器風(fēng)險(xiǎn)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(gè)風(fēng)險(xiǎn)性坐標(biāo)系統(tǒng) 。其中的斜線稱為風(fēng)險(xiǎn)等價(jià)曲線(例如，對(duì)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(xiǎn)的)。坐標(biāo)中右上角的象限是風(fēng)險(xiǎn)性最高的區(qū)域。 

　　當(dāng)考慮到頻率和程度時(shí)(如圖2所示)，電力部門的風(fēng)險(xiǎn)是最高的，冶金工業(yè)及制造業(yè) 分別列在第二和第三位。 

　　1.3　各種使用年限變壓器的故障 

　　按照變壓器設(shè)計(jì)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(shí)際中并非如此。在1975年的研究中，故障時(shí)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(jì)數(shù)據(jù)顯示變壓器的使用壽命并非無法預(yù)測(cè)。圖3中顯示了該研究中使用壽命的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以用來確定對(duì)變壓器進(jìn)行周期檢查的時(shí)間和費(fèi)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(guó)在二戰(zhàn)后經(jīng)歷了一個(gè)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(jì)與運(yùn)行的狀況，現(xiàn)在大部分都已到了老化階段。據(jù)美國(guó)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(yùn)行了近25年，故必須對(duì)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(shì)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(dòng),過高的操作溫度、雷電或涌流、過負(fù)荷、對(duì)控制設(shè)備的維護(hù) 不夠、清潔不良、對(duì)閑置設(shè)備的維護(hù)不夠、不恰當(dāng)?shù)臐?rùn)滑以及誤操作等。" 

[$page]　　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?yàn)楦淖兞藢?duì)起因的分類方法�，F(xiàn)在，除非明