变压器故障的统计分析及预防方法

　　摘要：通过对美国近10年间变压器故障的统计分析，讨论故障的起因，并涉及了故障 类型、频率、程度及运行寿命。对预防变压器故障以延长其使用寿命的维护方法提出了建议。

　　关键词：变压器 故障统计 分析 预防

　　当前的世界范围内，不间断的电力供应已成为工业生产、国防军事、科技发展及人民生活中至关重要的因素。人们对能源不间断供应的依赖性常常是直到厂房里的生产设备突然停 止工作、大楼灯光突然全部熄灭、电梯被悬在楼层之间时才意识到各种断路器、布线及变压 器的重要性。

　　变压器故障通常是伴随着电弧和放电以及剧烈燃烧而发生，随后电力设备即发生短路或 其他故障，轻则可能仅仅是机器停转，照明完全熄灭，严重时会发生重大火灾乃至造成人身 伤亡事故。因此如何确保变压器的安全运行受到了世界各国的广泛关注。

　　美国HSB公司工程部总工程师William Bartley先生，主要负责对大型电力设备尤其是发 电机和变压器的分析和评估工作，并负责重大事故的调查、检修程序的改进及新型检测技术方面的研究。自70年代以来，他负责调查了数千起变压器故障并进行了几十年的科学统计研究。

　　在中国高速的现代化发展中，电力工业的安全运行更起着关键作用。本文从介绍美国19 88年至1997年10年间变压器故障的统计数据进行分析，为国内提供参考资料及可借鉴的科学统计方法，以达到为电力部门服务的目的。

　　1　变压器故障的统计资料

　　1.1　各类型变压器的故障

　　过去10年来，HSB发生几百起变压器故障造成了数百万美金的损失。图1中列出了按变压 器类型显示的变压器故障统计数。从图中的显示可以看出除1988年外，电力变压器故障始终 占据主导位置。

　　1.2　不同用户的变压器故障

　　变压器使用在不同的部门，故障率是不同的。为了分析变压器发生故障的危险性，可将 用户划分为11个独立类型：(1)水泥与采矿业;(2)化工、石油与天然气;(3)电力部 门;(4)食品加工;(5)医疗;(6)制造业;(7)冶金工业;(8)塑料;(9)印刷业 ;(10)商业建筑;(11)纸浆与造纸业。

　　按照HSB的Rick Jones博士风险管理的方法，将“风险”定义为发生频率与损失程度。 损失程度可以被定义为年平均毛损失，而发生频率(或称为概率)则可定义为故障发生平均 数除以总数。所以，对于每一个给定的独立组来说：

　　频率 = 故障数 / 该组中的变压器台数

　　(举例来说，如果每年平均有10起故障，在一个给定的独立组中有1,000个用户，在该组中 任何地点故障的概率就是0.01/年。)因此，可以采用产品的故障频率与程度将变压器的风 险按用户加以划分。(风险=频率×程度)。

　　图2中给出的是10年中10个独立组中变压器风险性的频率—程度“分布图”。每组曲线 中，X轴表示频率、Y轴表示程度(或平均损失)，X-Y的关系就形成了一个风险性坐标系统 。其中的斜线称为风险等价曲线(例如，对于$1,000的0.1的可能性与$10,000的0.01的可 能性可认为是同等风险的)。坐标中右上角的象限是风险性最高的区域。

　　当考虑到频率和程度时(如图2所示)，电力部门的风险是最高的，冶金工业及制造业 分别列在第二和第三位。

　　1.3　各种使用年限变压器的故障

　　按照变压器设计人员的说法，在“理想状况下”变压器的使用寿命可达30～40年，很明 显的是在实际中并非如此。在1975年的研究中，故障时的变压器平均寿命为9.4年。在1985 年的研究中，变压器平均寿命为14.9年。通常有盆形曲线显示使用初期的故障率以及位于右 端的老化结果，然而故障统计数据显示变压器的使用寿命并非无法预测。图3中显示了该研究中使用寿命的统计数据，这些数据可以用来确定对变压器进行周期检查的时间和费用。

　　在电力工业中变压器的使用寿命应当给予特别地关注。美国在二战后经历了一个工业飞速发展的阶段，并导致了基础工业特别是电力工业大规模的发展。这些自50年代到80年代安 装的设备，按其设计与运行的状况，现在大部分都已到了老化阶段。据美国商业部的数据，在1973～1974年间电力工业在新设备安装方面达到了顶峰。如今，这些设备已运行了近25年，故必须对已安装变压器的故障可能性给予特别的关注。