变压器火灾危险性及火灾事故的原因

　　由变压器的结构和所用绝缘材料以及变压器的运行条件可以看出，变压器存在着火灾事故的隐患。如1000kVA的变压器大约用木材0.012立方米，纸料40kg,布料5kg,绝缘油1t左右，这些材料都是可燃性物质。大型变压器所需绝缘材料更多，变压器油量也更多、火灾危险性更大。

　　变压器油为可燃液体，其蒸气与空气混合形成爆炸性气体，遇明火可以发生爆炸，变压器油是变压器火灾爆炸事故的根源。

　　变压器油是以石油润滑油馏分为原料，经酸、碱(或溶剂)精制和白土处期并加入抗氧剂制得的产品。用于变压器和其他油渍设备。对变压器油的质量要求是绝缘性能好、绝缘强度高、介质损失角小;粘度小、流动性能好、散热快、冷却性能好、抗氧化安定性好;凝点低，有较好的低温流动性;闪点高、蒸发少等，以保证变压器长期安全运行。

　　变压器油按凝点分为10、25、45号三种(即DB-10，DB-25，DB-45)。

　　变压器的其他绝缘材料，如电缆纸、漆布、木材、黄腊绸带、棉布、棉纱、浸渍纸等均为易燃和可燃物质。这些易燃可燃物质在变压器过载、故障或其他异常情况下，均可能发生燃烧着火事故。

　　变压器绝缘材料中用量最大的是绝缘油(变压器油)，一台260MVA的自耦变压器(电压为242±2×2.5%/110/10.5kV)需绝缘油33.5t;360MVA(电压为236±2×2.5%/18kV)的双绕组变压器油重44t;360MVA的自锅变压器油重47t(242±2×2.5%/121/15.75kV);2000MVA(420/27kV)的三相变压器的油重约90t。变压器在正常运行时，绕组和铁芯磁件外壳产生大量的热量，变压器油温最高可达90℃以上。如果变压器过负荷运行，油温将会更高。变压器里的绝缘材料如电缆纸、棉纱、布料、木块等在较高温度作用下将逐步发生老化，使绝缘强度降低，这样当变压器发生穿越性故障时;在过电压冲击时;检修质量不良使局部绝缘受伤时;在变压器油质劣化时或者变压器进水受潮时，都会引起变压器绝缘击穿，造成短路，产生电弧。在电弧的高温作用下，迅速使油分解气化、闪燃并着火(变压器油的闪点为140℃，燃点为165～180℃左右，自燃点为332℃)，从而使变压器内部压力急剧增加，造成外壳爆裂，大量喷油着火。燃烧的油流，流到那里就会燃烧到那里，从而使火灾事故扩大，烧毁其他设备甚至导致全厂停电、全所停电，影响正常生产和供电，造成巨大经济损失。

　　根据不完全统计，从l970年到1976年10月，国内l10～220kV变压器发生事故157台次。

　　引起变压器爆炸着火的具体原因一般有以下几个方面：

　　1.绕组绝缘损毁产生短路，引起着火或爆炸事故
　　(1)绕组绝缘老化、变质、绝缘强度降低，严重时失去绝缘作用，造成绕组匝间、层间短路，使绕组发热燃烧。在绕组发生短路故障时，产生放电电弧，其温度达3000℃以上，绝缘油在高温作用下，分解出大量可燃性气体(氢气和乙炔气体等)，与空气混合达到一定浓度，形成爆炸性混合物，遇到放电火花就发生燃烧或爆炸。引起绕组绝缘老化的原因有：
　　1)变压器长期过负荷引起绝缘老化。由前面对变压器的负荷能力和绝缘劣化等问题的阐述、可以知道变压器绝缘的寿命主要取决于绕组温度相连续作用的时间。绕组的温度超高，作用时间越长，变压器绝缘劣化速度越快，使用期限也愈短。因为目前运行中的变压器的绕组的绝缘不外乎是电缆纸、棉纱和丝线等浸以绝缘漆，这类绝缘属于A级绝缘，它的最高运行温度是105℃(即环境温度为40℃时，对于强油风冷变压器的油温升高35℃，绕组与油的平均温差为30℃)。若超过这个温度极限，A级绝缘材料便很快失去机械强度而变脆，从而使得变压器在正常电压作用下的振动、电动力和电流冲击下使绝缘损毁，引起绕组层间和匝间短路。
　　2)绝缘油的破化腐蚀作用使绝缘老化变质。变压器的绝缘油在较高温度作用下，由于油中残留有少量空气，或纤维因受热分解产生的氧气，都能够使油氧化。变压器运行温度越高，变压器各密封处调入空气越多，油氧化(老化)越厉害。油温在80℃以下，氧化很微弱，当油温超过95℃以后，氧化速度剧增，油温超过115～l20℃时油就开始裂解。绝缘油氧化后酸价增加、tgδ增大。酸价提高后，绝缘将受到腐蚀作用，使绝缘老化变质，降低了绝缘强度。绝缘油氧化严重时，还析出油泥和水分，油泥沉淀于固体介质表面，影响散热，使局部温度升高，又进—步加速了绝缘的老化。绝线上堆积油泥以后，使得绝缘物的有效爬电距离大为缩短，容易形成表面闪络放电，这也加速了油的氧化和绝缘的老化、变质。
　　(2)由于进水使绝缘强度降低而引起匝间短路事故。变压器进水多从高压套管的端子帽底部进入，因为端子帽底部密封垫老化、变质(脆裂)后台引起渗水或大雨中沿高压引线进水，引起出线根部附近的高压线困匝间或层间短路。前几年这类事故在大容量变压器中不断发生，从后面的事故实例中可以看出。强迫油循环水冷变压器，由于冷却器漏水到油里去，引起绝缘强度降低造成短路。如某水电厂90MVA(220kV)主变压器，误投漏水的冷却器、致使在温升加压试验时，重瓦斯动作，高压绕组匝间短路。
　　另外，变压器的油枕顶部、防爆膜、呼吸器、潜油泵的进油阀门杆的密封盘相处密封不严，进水、进潮气或进空气，从而使绝缘降低，造成匝间或层间短路。例如，某变电站SFSL2-20000/110主变压器，因油枕呼吸器没有油封，运行管理不善，油枕内积水，沿瓦斯继电器连通管流至线路上，造成110kVC相线路由上至下第21、28匝间击穿短路。
　　(3)焊渣、铁磁物质等杂物(如过滤网及活性氧化铝等)进入变压器，不仅可将油道堵塞，还会使绝缘碳化引起匝间短路。铁磁物质吸附在绕组处引起绝缘强度降低，使绕组故障。
　　如某电厂55PSL-90000/220主变压器，因油位低，带电从下部补油。在正常运行电压下相南压绕组发生层间短路，绕组内侧多处损坏。经查发现绕组内部有电焊渣、砂、石等杂物。
　　又如，某水电站SSPSL-90000/220主变压器，因冷却器铜滤网被油流冲破，在正常运行时，重瓦斯突然跳间，B相绕组中部上端饼烧坏。解体后发现每一绕组上都有1～3cm长的碎铜丝。
　　某水电厂SFL-40500/110主变压器，在正常运行中瓦斯动作跳闸，C相绕组烧断，第六、第七盘变形，B、C相隔板烧穿，并多处有电弧痕迹。检查发现过滤铜网已冲破，箱底有铜丝及水泥块等杂物。
　　变压器内部进入活性氧化铝，运行中造成事故。如某电厂SFPL-50000/110主变压器，因三个冷油器装反，运行中大量活性氧化铝进入箱内，致使绕组亡积有大量活性氧化铝，油混浊不清，在灭常运行中轻重瓦斯同时动作跳闸。经检查A相高压线圈连续段匝间短路，绝缘厚度仅有0.45mm。

　　(4)制造质量不良引起绕组匝间短路事故所占比重很大，从l975年到1976年10月所发生的64台次事故中，有33台次属于制造质量缺陷，占总台次数的51.6%。
　　1)匝间绝缘薄弱，绝缘强度不够，引起击穿事故。220kV自铜纠结绕组匝绝缘厚度为1.35mm，220kV非自锅纠结绕组绝缘厚度约为0.95mm，110kV纠连绕组纠结段匝绝缘厚度为0.6mm，这几个类型的变压器，发生匝间烧坏的事故比较多。
　　如某水电厂SFSL-260000/220主变压器，投入前三次冲击合闸良好，然后递增加压，运行13min，即发生防爆筒喷油，突然跳闸，B相绕组烧毁。
　　某变电站SFSL-31500/110主变压器，运行仅10个月，负荷低于额定值，在正常运行中突然轻重瓦斯及差动保护动作，防爆筒喷油，C相高压绕组匝间短路烧损。这台变压器在运行中未发现任何异状，投入运行时间不长，在正常工作电压下就发生突发性的匝间短路事故。
　　湖北某发电厂SFPSL-50000/110主变压器，在1974年发生雷击损坏后曾进行冲击梯度分布试验，与厂家共同分析，认为110kv纠连绕组连续部分用0.45mm厚度匝绝缘，在雷击情况下绝缘没有余度。这台薄绝缘变压器损毁后，检查发现不少绕组的统制工艺不良，绕得不紧，有的辐向尺寸相差达5mm之多，不平稳，特别是S处扭曲翅起，易磨损绝缘，还发现有的导线有毛刺，将6层绝缘纸刺透5层等制造缺陷。
　　2)引线根部绝缘较为薄弱，引起变压器正常运行情况下，引线根部的高压绕组发生匝间短路。有一台220kV变压器就是这样损毁的。
　　3)绝缘受到损伤、绝缘强度降低而引起绝缘事故。如某电厂SFS-15000/110主变压器，在运行中置瓦斯动作，C相绕组匝间短路。检查发现线匝绝缘有明显的机械损伤。
　　某电厂SFSl-60000/110主变压器，投入运行后700h，在正常工作电压下突然发生匝间短路。检查发现A相高压绕组靠中性点处烧坏两盘线圆，分析认为是导线上有毛刺或加压整型时造成缺陷所致。
　　1975年到1976年10月有两台变压器高压绝缘筒正对线圈匝间的烧坏处，有明显的机械挫伤痕迹和坑洞，可能损伤了匝间绝缘。有一台110kV套管的围屏，在制造中未装牢，运输中脱落而擅坏高压引线根部的绕组匝间绝缘，致使变压器正常运行中发生了事故。
　　4)由于220kVOJAW 绕组静电环被固定引出线的螺钉及焊接不当造成短路环流，使引线根部的匝间绝缘又连续重复烧坏。
　　5)连续式高压绕组由于加强段统包绝缘包扎不紧或者低压端部绕组统包绝缘膨胀，使油道堵塞，绝缘过热碳化，造成匝间短路事故。
　　如某电厂40000/242型单相变压器，高压连续式绕组加强段及加强过渡段有统包绝缘，长期运行后，统包绝缘膨胀，使油道堵塞，加之有局部角环的阻碍，散热情况严重恶化，加强段匝向绝缘及部分统包绝线完全碳化。在正常工作电压下即发生匝间短路。这台变压据基本上是满负荷或稍过负荷运行，油质长期有酸性，也使绝缘老化。
　　另一电厂有一台120000/242型三相变压器(苏制产品)，其低压侧13.8kV绕组靠扼铁的端部绕组有统包绝缘。因绝缘膨胀，油道堵塞，加之该处漏磁较大，长期高温使绝缘碳化，在上部第一、二线盘问发生匝间短路。
　　6)变压器装配时压紧装置不牢，或由于上夹件槽钢的边缘没有加强筋，机械强度不够，在出口短路时，使绕组变形、移动而损坏绝缘。

　　2.变压器主绝缘击穿
　　(1)对中性点不接地运行的变压器，由于操作不当引起操作过电压，使主绝缘烧坏。如有一台220kV断路器失灵，对中性点不接地运行的变压器引起了操作过电压，使一台中性点避雷器爆炸和中性点引线绝缘烧坏，使另一台变压器的高I、高Ⅱ绕组之间的连线击穿。
　　(2)由于变压器出口单相弧光接地，对中性点不接地运行的变压器引起操作过电压，使变压器内部发生闪络。
　　如某水电站SSPL-180000/220型主变压器，因不慎将测量皮尺靠近C相母线。造成变压器出口单相接地，引起B相高压I线圈匝间短路《故障点在高I与Ⅱ连线附近、烧坏6匝烧断1匝，在上部压环下也有放电痕迹。变压器事故时，中性点为不接地运行。分析其原因可能是在内过电压作用下造成绝缘损坏的。
　　(3)由于套管上部端子幅密封不良，雨水沿引线鼻子通过销钉孔沿引线漏人变压器，使引线根部绕组绝缘强度大大降低，造成该相绕组对地，或高低压绕组之间短路。这样的事故有设备结构缺陷的原因，也有运行、维护、检修等方面的原因。
　　油纸电容式套管端头密封不严，使雨水沿引线向内渗漏，曾造成多台变压器烧毁事故。仅由1977～1979年的不完全统计，发生这类事故就有17台•次，总容量达1200MVA。其中有80%(12台•次)发生在雨季(3～8月)，说明雨季进水的可能性很大。可见，一旦引线进水，会很快发生变压器损毁事故。
　　(4)套管端部密封不严的主要原因是结构不完善。因为套管端部采用的“将军帽”式的接线板与带细螺纹的引线鼻子相连接，由于该帽兼有导电、密封与支撑母线引下线的三重作用，因而带来很多弊病。首先是纫螺纹丝韧制造的公差太大，接触不良，引起发热、氧化，易使密封胶垫硬化脆裂，甚至引起引线开焊事故。固定引线的铜钱钉过长或由于帽上接线板拧紧后与外部母线连接吻合不好等，致使密封垫无法压紧，运行时引线鼻子发热，使压紧燥帽密封脏垫受热脆裂;检修时，检查不认真，密封垫位置不正，密封处理不好，这样就难以起到密封作用。由于上述种种原因，雨水很容易顺销钉孔和缝隙沿引线进入变压器内部，引起变压器绕组短路事故。
　　某电厂l号主变压器(120000/ll0)，1982年8月1日大雨中损毁事故就是这样引起的。
　　某电厂SSP-260000/220型主变压器，停电检查时发现A相套管帽子相序漆色变黑，头部严重烧坏，取出套管发现油有酸味、色变蚀，引线接头脱焊，引线接头定位销由于过热熔焊于套管头上。原因是铜引线头锡焊质量不良，引线插人头内太短(约30～40mm)，运行中发热使焊锡熔化，引线脱出，引线经套管芯导电，使铜管内壁烧麻，定位销和线算于烷焊在一起，引线在套管芯内烧断面股辫子。
　　(5)引线对油箱内距离不够，绝缘强度不够，引起闪络放电。如鞍山75MVA、220kV主变压器，其44kV内部母线(裸铝板)和油箱有85mm的纯油间隙。在44kV侧出线有雷电活动时接地，消弧线圈动作时，该处放电，说明是内部耐电距离不够所致。抚顺南口60MVA、220kV变压器在系统谐振时，由于类似原因引起放电。因此应该重视引线的绝缘距离和强度。

　　3.变压保套管闪络，引起爆炸起火
　　变压器套管事故在变压器事故中所占比重仅次于统组事故，在统计表中为15.3%，比例是很大的。套管密封不严进水而引起爆炸的事故较多，特别是油纸电容式套管进水事故更多。套管渗油，使其表面长期积满油垢而发生闪络的事故，也不断发生。有些电容式套管制造质量不良、维护不周或运行年久使套管的绝缘层损坏、老化，导致绝缘击穿或产生高温，从而使套管爆炸起火，引起变压器故障。
　　如某变电所一台10000/110型变压器的110kV油纸电容型套管，由于密封不良，进水受潮，引起爆炸。
　　某变电所SFPSL-120000/220型变压器的220kV电容型套管，正常运行中，套管爆炸冒火，引起火灾将变压器严重烧损。经检查发现套管芯电容极板间绝缘纸在卷制时，由于工艺粗糙，存在多处波状皱折。分析认为是运行中发生局部放电，逐渐发展，将电容击穿而导致套管爆炸事故。
　　4.分接开关和绕组连接处接触不良，产生高温
　　变压器分接开关引起事故的比例仅次十套管闪络事故比例，据全国1990～1994年统计，110kV及以上电压等级变压器共发生事故292台•次，其中分接开关引起事故为54台•次，占事故总数的18.5%，占事故总容量的12.7%。
　　变压器分接开关位置不正或者在制造时存在弹簧压力不足，滚轮压力不均，使实际有效接触面积减小;镀银层强度不够，磨损脱皮使之接触不良，接触不良产生高温，使油分解产生油气，引起燃烧和爆炸。有的变压器三相调压开关相间距离不够或者绝缘材质不合格，在过电压情况下引起绝缘击穿，造成相间短路事故。在线圈与线腿之间、绕组端部和分接头之间、以及露出油面的接线头等，如果开焊、或连接不好、松动或断开而产生电弧的故障也时行发生。
　　如某电SFS-20000/110型变压器运行两年，色谱分析，台经值增高，测直流电阻相对差值很大。检查发现高压c相x分头定触头和动触头5个团触环烧坏，弹簧压力不足，手指—压即可离开。
　　某电厂SSPS-360000/220型变压器采用DW-36-220/1000分接开关，预防性试验中发现A相直流电阻较其他两相大7%。经检查为分接开关操作杆偏心0.2mm，电镀层已烧坏。
　　某电厂4号变压器为120000/220，运行中因3号主变断路器爆炸，引起该变压器重瓦斯动作。经检查为分接开关开焊，引线烧去一半。
　　某变电所SFS-15000/110型变压器，在预防性试验切换分接头测直流电阻时，误把分接开关连杆拔出，插入后没有复原，引起接触不良，致使运行中轻瓦斯连续动作，B相分接开关第Ⅱ档烧坏。
　　有载分接升关调整比较频繁，在调整时因动作不灵活，经常拉弧，引起开关烧坏。有的是位置变动后，接触不良发热，最后将开关烧坏。

　　5.磁路发生故障、铁芯故障，产生涡流、环流发热，引起变压器故障
　　铁芯多点接地事故多是制造不良或检修不慎引起。在变压器制造时，螺栓穿过铁芯及铁芯以央紧叠片时，常因装配上的疏忽，使螺栓四周绝缘损坏，造成叠片间局部短路，形成局部涡流。如果螺栓上的绝缘有两个或两个以上损坏时，则螺栓与螺校间可能产生很大的循环电流，形成一匝与磁通相链的短路线圈，闭合回路的电流产生热量可以使所短接的硅钢片烧到熔化程度，并可能同时造成线圈绝缘破坏而短路。
　　当叠片之间的绝缘或者铁轭与铁轭的夹板间的绝缘破坏时、会产生很大的涡流，产生相当人的热量。严重时可使铁芯和绕组绝缘损坏当夹件与铁心之间的绝缘距离不够，或钟罩加强筋对上夹件距离不够，或铁芯底部有杂物时，将发生铁芯多点接地。有些大型变压器由于低压绕组压钉脱落使铁芯两点接地，产生涡流发热。
　　在制造过程中，因使用金民工具，使铁芯及扼铁叠片的边缘发生粗糙而产生局部短路，从而产生涡流发热。制造完毕后将铁屑、金届杂物及碎钢片遗留在登片之间，使铁芯产生局部涡流和发热。
　　有的变压器，磁路设计不合理，磁路系统不对称，三相安匝不平衡，都可能在箱完上、内部铁芯或绕组夹件上产生漏磁发热，有些温度还较高。
　　例如，某电站260000/220型变压器，由于穿芯螺丝绝缘损坏，引起铁芯局部过热。
　　又如，某变电所120000/220型变压器，由于瓦斯继电器经常动作，不能投入运行。多次检查未能找到原因，只得返厂大修。吊绕组后才发现铁芯装配时9B铁央件与铁芯相碰，只有3mm间隙(原设计20mm)，该处附近又有大量焊渣，致使间隙短路。
　　某电厂一台120000/220型变压器安装时、4只运输稳钉没有拆除，且种罩顶部加强筋因结构太紧凑与上夹件相碰，运行中形成两点接地，接地引出套管的引出线多股软铜线烧损。
　　变压器漏磁发热对大型变压器尤为常见。漏磁的大小与结构设计有关，如与安匝平衡特别是分接区的平衡、母线与箱壳的距离、绕组排列(高-低-高排列方式端部漏磁严重)等等有关，同时也与各绕组的负荷电流大小有关。漏磁引起的过热可以发生在油箱外壳上，箱盖套管座，内部铁芯或绕组夹件上。其中以油箱外壳为员常见，尤其是箱体连接螺丝处，由于涡流在接触电阻较大处发热，螺丝出现局部高温更是较常遇到的。如国外某大型变压器螺丝发热到200C以上。又如洛阳金谷园变电站，变压器曾有螺丝烧红现象(温度有300℃以上)。末家2×120MVA主变压器局部过热集中在钟罩连接螺丝上。某45MVA单相变压器上也曾出现中腰螺丝过热，温度高达100℃以上，用钳形电流表测量用铜板短接后的电流为100A以上。
　　朝阳240MVAl号主变压器，油箱内部未采用铝屏蔽等措施。在运行中，当中压66kV侧负荷电流较低时，则在箱完上出现局部过热。经初步测试，过热处在相应于绕组下端部的一个约300mm的区域内，温度高于油面温度20℃。
　　压环与铁芯的距离不够，很容易造成铁芯两点接地。如有一台双卷50DkVA的变压器，投运9个月后即发生故障，故障前负荷电流只达额定值的80%左右。故障时内部发生了强烈而连续的“劈、啪”声，好象油的沸困声音，同时油温上升至74C(平常只有65℃)、于是值班人员把变压器自电路中切除，此时变压器的过电流保护尚没有动作(此变压器没有瓦斯继电器装置)。事后把变压器的芯子取出检查，发现A相线圈的上压环出故障。压环缺口附近约30mm面积被烧熔而凝成铁块，总重约608的碎铁粒自铁件中熔出来，跃落在线圈的顶部和内部。压环与铁芯的两侧间隙被熔铁所充满，该处的硅钢片被熔缺的深度约为10mm。压环缺口两侧上面的两个压紧螺丝与压环间的绝缘被烷焦，有一螺丝的丝头也校烧去了一半。变压器油的闪点经试验降低到96℃，耐压和酸价没有特殊变化，变压器的其他部分仍完好。
　　经分析，引起故降的原因是压环与铁芯的距离不够，再加上运输期间压环发生移动，造成压环与铁芯两点接通，于是强大的短路电流把压环和硅钢片烧坏。另外螺丝绝缘被波及而烧焦，螺丝和槽铁构成另一个闭路，使故障扩大，直至停用变压器。检查发现B相压环的一侧间隙巳接通，另一侧最小间隙只剩0.15mm的绝缘距离，其他位置的间隙也只有2mm左右。

　　6.变压器故障的其他原因
　　如大气过电压和内部过电压使线圈主绝缘损毁，小动物或金属导线、照明线、锡铀和其他杂物造成变压器短路也会引起变压器起火和爆炸。还有变压器周围可燃物起火，引起变压器短路爆炸着火等。现代战争中的石墨炸弹爆炸后，石墨粉、碳纤维使变压器短路着火。
　　

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