礦用變壓器爆炸成因分析

高建民

（同煤集團(tuán)朔州煤電公司安全應(yīng)急防控中心， 山西 懷仁 038300）

引言

變壓器作為礦山電力系統(tǒng)電力輸送的重要設(shè)備之一，在礦山電力傳送過(guò)程中起著舉足輕重的作用，是電力路線中能量轉(zhuǎn)換和傳輸?shù)年P(guān)鍵設(shè)備，因此，礦用變壓器的運(yùn)行與礦山電網(wǎng)的安全運(yùn)行與維護(hù)息息相關(guān)。若礦用變壓器發(fā)生故障，重則會(huì)發(fā)生爆炸等事故。

1 礦山電力變壓器爆炸成因

電力變壓器工作的原理是經(jīng)過(guò)電磁感應(yīng)，將交流電從一個(gè)電壓電平轉(zhuǎn)換為另一個(gè)電壓電平的裝置，它主要由初級(jí)、次級(jí)線圈和鐵芯或者磁芯組成。油浸式變壓器主要由木料、棉紗或布、紙等油劑物質(zhì)制成的絕緣墊片和支架，并涂有大量的絕緣油。根據(jù)變壓器的工作能力確定各絕緣物質(zhì)的用量比例，如1 000 kVA的電力變壓器絕緣油的用量達(dá)到1 t，紙料用量40 kg，木材用量0.12 m3。此種絕緣結(jié)構(gòu)在變壓器運(yùn)行時(shí)，勢(shì)必存在缺陷，其內(nèi)部一旦出現(xiàn)短路或過(guò)載現(xiàn)象時(shí)，其可燃的絕緣油與幾種絕緣材料在電弧或高溫的作用下遍會(huì)產(chǎn)生燃燒，同時(shí)產(chǎn)生大量的氣體，但由于變壓器內(nèi)部是封閉的空間，此時(shí)會(huì)使變壓器的內(nèi)部壓力短時(shí)內(nèi)急劇升高，到達(dá)極限時(shí)，便會(huì)造成其外殼爆破，絕緣油瞬間噴出，燃燒的油會(huì)進(jìn)一步加劇爆炸。因此，分析電力變壓器在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)爆炸、火災(zāi)的主要原因就顯得非常重要[1]。

2 變壓器絕緣損壞

1）線圈絕緣老化。電力變壓器在長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)荷的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，線圈發(fā)熱量上升，絕緣老化狀況加劇，致使線圈相間而產(chǎn)生短路、匝間短路或者對(duì)地產(chǎn)生短路，從而導(dǎo)致變壓器發(fā)生燃燒、爆炸。所以變壓器在安裝正式運(yùn)行前，必須嚴(yán)格測(cè)試絕緣強(qiáng)度，在操作過(guò)程中必須絕對(duì)禁止過(guò)載現(xiàn)象[2]。

2）鐵芯絕緣老化。變壓器的主要結(jié)構(gòu)中包含鐵芯硅鋼片，若硅鋼片的絕緣層受到一定程度損傷，硅鋼片中會(huì)出現(xiàn)較大的渦流，產(chǎn)生渦流勢(shì)必導(dǎo)致變壓器內(nèi)部局部溫度迅速升高，隨之，也會(huì)擴(kuò)張絕緣層的損傷面積；嚴(yán)重時(shí)，甚至?xí)刍植胯F芯，相繼損壞臨近的繞組絕緣，因而產(chǎn)生短路從而引起燃燒乃至爆炸。

3）油量缺乏、油質(zhì)不佳。電力變壓器的絕緣油主要有以下三方面的作用：使變壓器和殼芯具有良好的絕緣效果；使變壓器在運(yùn)行中的冷卻加速；加速變壓器外殼內(nèi)的滅弧作用。所以如變壓器絕緣油在運(yùn)輸、貯存或運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中有水份、油污等雜質(zhì)混入，使絕緣油的絕緣強(qiáng)度大幅下降。若絕緣油的絕緣強(qiáng)度降低到極限值時(shí)，導(dǎo)致絕緣性能降低，若不能加速冷卻會(huì)導(dǎo)致變壓器內(nèi)部溫度急劇升高，滅弧性能降低，因此變壓器此時(shí)會(huì)發(fā)生短路，高溫現(xiàn)象，繼而導(dǎo)致火災(zāi)爆炸。

4）檢修不慎，破壞絕緣。在吊芯的維護(hù)中，時(shí)常會(huì)碰壞線圈的瓷套管或絕緣。絕緣和瓷套管發(fā)生損傷后，假如維修人員沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，輕則閃絡(luò)，重則發(fā)生短路。因此，在每次檢修工作結(jié)束之后，必須有專門的人員進(jìn)行清點(diǎn)，清查測(cè)試絕緣及其他各部件，確認(rèn)無(wú)遺漏或其他損傷之后，才可以投入正常運(yùn)行，否則將會(huì)由此引起火災(zāi)[3]。

3 負(fù)載短路

變壓器三繞組之間的絕緣損壞或絕緣損耗會(huì)導(dǎo)致匝間短路、相間短路、層間短路和接地短路現(xiàn)象。短路電弧會(huì)引起可燃物燃燒，加速變壓器老化。短路會(huì)在變壓器內(nèi)部釋放大量熱量，造成絕緣油分解過(guò)多酸性物質(zhì)，使纏繞絕緣腐蝕，從而使短路情況加劇，變壓器短路，若保護(hù)系統(tǒng)發(fā)揮不了作用或者其定值過(guò)大，便會(huì)導(dǎo)致變壓器燒毀的嚴(yán)重后果，更甚者發(fā)生火災(zāi)、爆炸。因此，合理安裝短路保護(hù)及合理設(shè)定保護(hù)系統(tǒng)，才可避免變壓器在短路時(shí)起到應(yīng)有的保護(hù)作用，從而避免爆炸的發(fā)生。

4 雷擊過(guò)電壓

變壓器的電源絕大多數(shù)通過(guò)架空導(dǎo)線而來(lái)，極易受到雷擊造成過(guò)電壓現(xiàn)象，造成變壓器絕緣擊穿，嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒毀變壓器。但如果電力變壓器與架空線路連接側(cè)的避雷裝置不完善或長(zhǎng)時(shí)間無(wú)檢修，雷擊時(shí)，會(huì)發(fā)生如下事故：過(guò)電壓便會(huì)通過(guò)損壞的避雷裝置傳入變壓器內(nèi)部，造成雷擊爆炸，火災(zāi)；除變壓器內(nèi)部之外，還會(huì)引發(fā)油箱與變壓器套管的閃絡(luò)，油箱蓋上的可燃物便會(huì)燃燒，引起火災(zāi)；繞組過(guò)電壓擊穿短路，造成繞組絕緣油擊穿、油箱爆裂、噴射、導(dǎo)致起火。

5 導(dǎo)線接觸不良

線圈內(nèi)外的連接點(diǎn)、引出點(diǎn)和接觸點(diǎn)，如果有連接問(wèn)題，就會(huì)產(chǎn)生局部過(guò)熱、線圈絕緣失效、出現(xiàn)短路或短路現(xiàn)象。因短路產(chǎn)生的高溫電弧，會(huì)使得絕緣油疾速分解，產(chǎn)生大量氣體，使得變壓器內(nèi)部壓力快速升高，變成引發(fā)火災(zāi)、爆炸的導(dǎo)火索。

6 絕緣油變質(zhì)

變壓器中的絕緣油有雙重功能，一是電器絕緣，二是循環(huán)散熱。在運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中，過(guò)載導(dǎo)致鐵芯過(guò)熱、高溫或者繞組短路而產(chǎn)生電弧，因此氧化作用生成的多種溶于絕緣油的氧化物和酸性物質(zhì)，以及多種成分不穩(wěn)定的其他產(chǎn)物。其中有一種氧化物俗稱“油泥”的物質(zhì)，長(zhǎng)期沉積于鐵芯、繞組、散熱片以及夾件上，因油泥的導(dǎo)電性較差，集聚時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)使得油泥量不斷增多，增多繞組發(fā)熱；生成的多種不穩(wěn)定產(chǎn)物進(jìn)一步分解以后，會(huì)分解產(chǎn)生臭氧，腐蝕性極強(qiáng)，對(duì)絕緣材料有很強(qiáng)的破壞作用?？傊儔浩饔图訜岙a(chǎn)生的各種副產(chǎn)品將加速可燃?xì)怏w和腐蝕繞組成分的形成。且由于油泥會(huì)阻礙繞組的散熱，導(dǎo)致繞組絕緣能力下降，因此被擊穿。故絕緣油的熱分解能力和受熱膨脹都會(huì)使油箱爆裂噴油燃燒。

7 套管故障

變壓器一般采用油質(zhì)較好、尺寸較小且拆裝便利的、普通的全密封式油浸紙電容式瓷套管；缺點(diǎn)是安裝時(shí)，套管受到外界的機(jī)械沖擊力或者高溫易產(chǎn)生裂紋。尤其當(dāng)套管有質(zhì)量問(wèn)題，內(nèi)部的電容芯中的水分與空氣沒(méi)有排除干凈或者尺寸過(guò)小導(dǎo)熱不良時(shí)，經(jīng)常發(fā)生擊穿，導(dǎo)致爆裂，引發(fā)火災(zāi)。

8 油箱故障

在電力變壓器的制造過(guò)程中，若油箱存在質(zhì)量問(wèn)題，例如焊縫不密，或有虛焊存在，在輸送的過(guò)程中，由于抖動(dòng)以及長(zhǎng)期運(yùn)行，油箱壁應(yīng)力受溫度作用與變壓器絕緣油的熱脹冷縮而發(fā)生滲油現(xiàn)象；油箱與套管相連接的法蘭盤密封性差或一些螺紋未擰緊的地方，同樣也會(huì)出現(xiàn)滲油；嚴(yán)重時(shí)繞組或油箱等部位的接地或短路都會(huì)產(chǎn)生電弧，使油箱壁上燒出一個(gè)小孔。這些原因均為油箱滲漏的主要因素，一旦漏油遇到明火或電火花便會(huì)發(fā)生火災(zāi)事故。

9 保護(hù)裝置失靈

變壓器在事故狀態(tài)下，如果非電量保護(hù)裝置或者電流電壓保護(hù)裝置失靈、保護(hù)配置異常；控制電壓過(guò)低或者斷路器拒動(dòng)時(shí)，都會(huì)使故引發(fā)的后果擴(kuò)大造成火災(zāi)、爆炸事故[4]。

10 結(jié)語(yǔ)

變壓器在礦山生產(chǎn)運(yùn)行中起著重要作用，通過(guò)對(duì)電力變壓器可能發(fā)生爆炸的成因進(jìn)行分析，以保證礦井安全有序生產(chǎn)，如果變壓器發(fā)生故障，可能導(dǎo)致電力系統(tǒng)癱瘓，甚至停電或者造成二次危害，因此保證電力系統(tǒng)變壓器的有效穩(wěn)定運(yùn)行十分重要。

[1] 官瀾.變壓器中性點(diǎn)接地方式對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的影響研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2010.

[2] 安淑芳.變壓器高壓側(cè)套管爆炸的原因分析及預(yù)防措施[J].電工技術(shù)，2004（12）：67-68.

[3] 楊博.電容式變壓器套管爆炸事故分析[J].電世界，2014（2）：12-13.

[4] 張俊.變壓器事故淺析-達(dá)拉特發(fā)電廠#2主變壓器爆炸事故分析[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2009（11）：92-93.

（編輯：王慧芳）