變壓器故障的統(tǒng)計分析及預防方法 

　　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。對預防變壓器故障以延長其使用壽命的維護方法提出了建議。 

　　關鍵詞：變壓器 故障統(tǒng)計 分析 預防 

　　當前的世界范圍內(nèi)，不間斷的電力供應已成為工業(yè)生產(chǎn)、國防軍事、科技發(fā)展及人民生活中至關重要的因素。人們對能源不間斷供應的依賴性常常是直到廠房里的生產(chǎn)設備突然停 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，嚴重時會發(fā)生重大火災乃至造成人身 傷亡事故。因此如何確保變壓器的安全運行受到了世界各國的廣泛關注。 

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

　　在中國高速的現(xiàn)代化發(fā)展中，電力工業(yè)的安全運行更起著關鍵作用。本文從介紹美國19 88年至1997年10年間變壓器故障的統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行分析，為國內(nèi)提供參考資料及可借鑒的科學統(tǒng)計方法，以達到為電力部門服務的目的。 

　　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博士風險管理的方法，將“風險”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) 

　　(舉例來說，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 險按用戶加以劃分。(風險=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的關系就形成了一個風險性坐標系統(tǒng) 。其中的斜線稱為風險等價曲線(例如，對于$1,000的0.1的可能性與$10,000的0.01的可 能性可認為是同等風險的)。坐標中右上角的象限是風險性最高的區(qū)域。 

　　當考慮到頻率和程度時(如圖2所示)，電力部門的風險是最高的，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 

　　按照變壓器設計人員的說法，在“理想狀況下”變壓器的使用壽命可達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當給予特別地關注。美國在二戰(zhàn)后經(jīng)歷了一個工業(yè)飛速發(fā)展的階段，并導致了基礎工業(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 裝的設備，按其設計與運行的狀況，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)在新設備安裝方面達到了頂峰。如今，這些設備已運行了近25年，故必須對已安裝變壓器的故障可能性給予特別的關注。  

　　2　變壓器故障原因分析 

　　HSB收集了有關變壓器故障10年來的資料并進行分析的結(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期壽命，負責電氣設備操作的人員應給予細致地考慮。這些因素包括：誤用、振動,過高的操作溫度、雷電或涌流、過負荷、對控制設備的維護 不夠、清潔不良、對閑置設備的維護不夠、不恰當?shù)臐櫥�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