变电压事故故障分析

事故聚焦

2016年6月18日凌晨零点二十分左右，位于西安南郊长安区某变电站发生闪爆。附近两公里内可见火光并伴随爆炸声，西安部分区域停电，据报道3名路人不同程度受伤。这起爆炸事故的发生引起了社会各界对变压器爆炸风险的广泛关注。

   变压器为什么会爆炸？变电压事故故障分析

图1 西安变电站爆炸事故现场

变压器为什么会爆炸？

变压器是一种利用电磁感应原理，把交流电能转变为不同电压、电流等参数的电力设备。其中油浸式变压器，将铁芯和绕组一起浸入灌满了绝缘油的油箱中，以加强绝缘和改善冷却散热条件。当变压器内部出现严重过载、短路、绝缘损坏等故障时，绝缘油受到高温或电弧作用，受热分解产生大量烃类混合气体，使变压器内部的压力急剧上升，然后导致变压器油箱的结构破坏（初级变压器爆炸）。

初级变压器爆炸后，绝缘油、混合气体和油雾通过变压器油箱破裂口向外猛烈释放。绝缘油从变压器中泄漏，在地面形成液池，被点燃即发生池火。而当泄漏的热解产物混合气体和油雾与空气混合后点燃，就会发生二次爆炸。当这些情况发生在密闭或拥塞区域时，可能会导致非常强烈的爆炸，并对人员和设备造成威胁，给社会经济带来严重损失。

变压器为什么会爆炸？变电压事故故障分析

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图2 变压器爆炸事故现场

变压器爆炸过程介绍

初级爆炸

变压器为什么会爆炸？变电压事故故障分析

图3 变压器和充油高压设备中出现短路或电弧作用

变压器和充油高压设备中出现短路或电弧，高温和电弧作用会导致油的热分解并产生大量烃类混合气体。

变压器为什么会爆炸？变电压事故故障分析

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图4 变压器油箱的结构破坏（初级变压器爆炸）

变压器为什么会爆炸？变电压事故故障分析

图5 液态绝缘油、气态电解产物和油雾通过变压器油箱破裂口向外猛烈释放

二次爆炸

绝缘油从变压器中泄漏并点燃，发生池火；气态电解产物和油雾的泄漏及空气混合，被点燃后发生二次爆炸。    

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图6 变压器二次爆炸与池火场景

变压器为什么会爆炸？变电压事故故障分析

图7 合理泄压和抗爆措施降低变压器爆炸后果

以上是对变压器爆炸事故的分析，接下来我们来分析一下变电站常出现的故障。

故障分类

正常运行的电力设备，由于电流、电压的作用将产生发热．主要包括电流效应引起的发热和电压效应引起的发热。当电力设备存在缺陷或故障时，缺陷或故障部位的温度就会产生异常变化。从而引起设备的局部发热，假设未能及时发现并及时制止这些隐患的发展，最终会促成设备故障或事故的发生，严重的会扩大成电网事故。

电力设备发热故障基本上可分为两大类，即外部故障和内部故障，其基本特征如下：

1)外部发热故障：它以局部过热的形态向其周围辐射红外线，各种裸露接头、连接体的热故障，其红外热图显现出以故障点为中心的热场分布。所以，从设备的热图中可直观地判断是否存在热故障，根据温度分布可以准确地确定故障的部位及故障严重程度。

2)内部发热故障：它的发热过程一般较长，且为稳定发热，与故障点接触的固体、液体和气体，形成热传导、对流和辐射，并以这样的方式将内部故障所产生的热量不断地传递至设备外壳，从而改变设备外表面的热场分布情况。

电力生产包括发电厂内的电力生产环节以及输配电环节。这两个环节的低效导致电力产业的产能难以提高，事故时有发生。

生产环节的问题主要集中在糟糕的基础设施上。设备陈旧，所以能源转化效率低，事故也常常发生。今年5月，美国纽约州一座核电站发生起火爆炸事故，原因就是电厂变压器设备障碍，而这类事故近年来在美国屡有发生。

故障原因与影响

由于输电网基础设施老化，变电站与其他地区的电网缺少监测关键设备运行状态的自动化系统，因此停电与持续低压风险正日益增加。

例如变压器液体泄漏或内部隔热层故障可导致设备过热，从而引发故障，但大多数供电公司并未配备可侦测这些故障点的自动化热检测系统。

无论故障原因如何，一次重大的变电站故障可能演化为一系列并发故障，其结果可能导致银行设施、安防系统、制造工厂、食品冷藏、通讯网络与交通控制系统发生大规模故障，毋庸置疑，相关供电公司可能蒙受巨大的收益损失为恢复系统正常运转也会增加大量成本。

供电公司基础设施逐渐老化,停电、持续低压的风险与日益增加，持续低压是指电力供应中的电压下降，如此命名是因为低压通常导致灯光的亮度变暗，供电公司还面临着代价昂贵的计划外维护和成本飙升等问题。