大型電力變壓器是電網傳輸電能的樞紐，是電網運行的主設備，其安全可靠性是保障電力系統(tǒng)可靠運行的必備條件，隨著電力系統(tǒng)規(guī)模和變壓器單機容量的不斷增大，其故障對國民經濟造成的損失也愈來愈大，因而對變壓器作可靠性分析與風險評價是日益重要的課題。
1 變壓器故障分類
根據統(tǒng)計分析工作的需要，變壓器故障可進行相應的分類。
1.1 變壓器故障按部位分類
變壓器故障按部位通常可分為繞組故障，鐵心故障，分接開關故障，引線故障，套管故障，絕緣故障和密封故障等。
1.2 變壓器故障按原因分類
對變壓器故障的原因，基本上可以做如下分類：
（1）制造：制造工藝不良、設計不合理、材料質量不良、異物進入、雜質；
（2）維護：維護不當、受潮、操作失誤、振動；
（3）環(huán)境：外部短路、雷電侵襲、自然損壞；
（4）其它。
1.3 變壓器故障按嚴酷程度分類
根據變壓器故障程度不同，對不同故障模式進行嚴酷程度分類：
（1）Ⅰ類災難性：變壓器爆炸或完全損壞；
（2）Ⅱ類致命性：變壓器性能嚴重下降或嚴重受損，必須立即停運；
（3）Ⅲ類臨界性：變壓器性能輕度下降或輕度受損；
（4）Ⅳ類輕度性：不甚影響變壓器運行但要進行非計劃檢修。
2 變壓器故障按部位分類分析
2.1 繞組故障
變壓器繞組是變壓器的心臟，構成變壓器輸入、輸出電能的電氣回路，其故障模式可分為：繞組短路、繞組斷路、繞組松動、變形、位移、繞組燒損。其中繞組短路又可分為：層間短路、匝間短路、相間短路、股間短路。
變壓器繞組故障除外在因素外，大部分是由于繞組本身結構及絕緣不合理所引起，以繞組短路出現率最高，它不僅影響到繞組本身，而且對鐵心、引線、絕緣屏等都有極大的影響。這種故障屬致命性的，此時變壓器內部可能出現局部高溫或局部高能量放電現象，如不及時處理會導致變壓器繞組完全損壞，嚴重時其油溫迅速升高，體積膨脹，甚至導致變壓器爆炸，升級為災難性故障。
對于變壓器繞組松動、 變形、失穩(wěn)，絕緣損傷現象，變壓器在這種情況下雖能運行，但實質上內部已受損，抗短路能力差，若外部短路或受到雷擊的影響會進一步使繞組松散，內部場強分布不均，極易導致局部放電進而損傷導線。另外松散導線也易在電磁力作用下產生振動，互相磨擦而劃破絕緣。繞組燒損是指繞組絕緣部分碳化，最終形成繞組短路，發(fā)展為致命性故障，因而這類故障屬于臨界性故障。
繞組斷路，當高壓側一相斷路時，變壓器將在非全相狀態(tài)下運行，變壓器低壓三相電壓、電流呈現不平衡，三相直流電阻也不平衡；兩相斷路變壓器則不能運行；當低壓側兩相斷路時，變壓器單相負載運行，斷路的兩相低壓無電壓、電流，因而變壓器斷路屬于致命性故障。
2.2 鐵心故障
變壓器鐵心和繞組是傳遞、交換電磁能量主要部件，要使變壓器可靠運行，除繞組質量合格外，鐵心質量好壞是決定正常運行的關鍵。鐵心的故障模式可分為：鐵心多點接地、鐵心接地不良、鐵心片間短路。其中鐵心多點接地可分為：鐵心動態(tài)性多點接地和牢靠性多點接地。
變壓器鐵心故障以鐵心多點接地出現較多，伴隨有鐵心局部過熱，運行時間過長將會使油紙絕緣老化、絕緣墊塊碳化、鐵心片絕緣層老化，甚至使鐵心接地引線燒斷，這類故障屬臨界性故障。鐵心片間短路將會在強磁場中形成渦流使鐵心局部過熱，鐵心接地不良也會使鐵心局部過熱，同時出現介損超標現象，局部過熱現象易燒壞鐵心片間絕緣，擴大鐵心故障，因而它們也屬臨界性故障。而鐵心動態(tài)性接地情況將有所不同，主要是由雜質在電場力作用下形成導電小橋，是由一些雜質纖維與金屬粉末形成，有時在大電流的沖擊下而摧毀，出現情況不穩(wěn)定，一般不影響變壓器運行，但不定期的局部過熱會使內部絕緣受傷，屬輕度性故障。
2.3 分接開關故障
有載分接開關內部傳動結構較為復雜，而且經常操作切換，它的故障直接影響到變壓器的正常運行。分接開關由于受高溫和絕緣油影響， 極易使觸頭表面氧化，生產氧化膜，使觸頭間接觸不良電阻增大，引起局部高溫，破壞接觸表面。其故障模式主要有筒體爆炸、觸頭燒損、檔序錯亂、齒輪損壞。筒體爆炸甚至會導致變壓器著火，屬致命性故障。開關檔序錯亂、齒輪損壞、觸頭燒損在故障狀態(tài)下運行將會擴大故障屬臨界性故障。
2.4 引線故障
引線是變壓器內部繞組出線與外部接線的中間環(huán)接，其接頭是通過焊接而成，因而焊接質量直接影響到引線的故障發(fā)生。其主要故障模式有：引線短路、引線斷路、引線接觸不良。
引線相間短路如不及時處理會導致繞組相間短路，屬致命性故障，事故擴大會發(fā)展成為災難性故障。引線對地短路、接觸不良會產生局部高溫燒斷引線而使變壓器停運，屬于臨界性故障。
2.5 套管故障
套管是變壓器內繞組與油箱外聯(lián)結引線的重要保護裝置。它長期遭受電場、風雨、污染等影響，易使瓷釉龜裂絕緣老化，是變壓器故障多發(fā)部位。其故障模式主要有：套管炸裂、套管位移、開焊、局部放電。套管爆炸致使變壓器停運甚至燒毀，故屬于致命性故障；套管位移、開焊將會有水順著套管進入變壓器本體內，極易導致變壓器繞組短路或相間短路，局部放電或局部過熱，易使套管內部絕緣擊穿，屬臨界性故障。
2.6 絕緣故障
變壓器內部絕緣是變壓器質量優(yōu)劣的關鍵，大部分故障都是因絕緣性能不佳引起，因而絕緣的好壞是變壓器能否長期、安全可靠運行的基本保證。絕緣故障模式可分為：絕緣損傷、介損超標。
絕緣損傷與介損超標在短期內變壓器仍能正常運行，但這些故障會使變壓器內部產生局部放電或局部輕度過熱現象，進一步損傷絕緣導致變壓器內繞組局部短路、絕緣件碳化等故障，屬輕度性故障。
2.7 密封不良
變壓器密封不良主要是接頭處處理不好，如焊接質量不良、螺栓亂扣以及法蘭不平等原因造成。其后果是漏油、漏氣，故障時不易發(fā)現，影響范圍大。故障模式有密封圈老化、瓷套脫落或破裂、箱體焊點裂紋、潛油泵處漏氣等。
3 變壓器故障分類統(tǒng)計
3.1 變壓器故障按部位分類統(tǒng)計
通過對1990-2000年110 kV及以上電壓等級電力變壓器故障實例進行隨機抽樣整理分析，其故障按部位分類統(tǒng)計如表1所示。
表1 故障按部位分類統(tǒng)計表
3.2 變壓器故障按原因分類統(tǒng)計
對上述299次變壓器故障按故障原因來分，其統(tǒng)計結果如表2所示。
表2 變壓器故障按原因分布
1 變壓器故障分類
根據統(tǒng)計分析工作的需要，變壓器故障可進行相應的分類。
1.1 變壓器故障按部位分類
變壓器故障按部位通常可分為繞組故障，鐵心故障，分接開關故障，引線故障，套管故障，絕緣故障和密封故障等。
1.2 變壓器故障按原因分類
對變壓器故障的原因，基本上可以做如下分類：
（1）制造：制造工藝不良、設計不合理、材料質量不良、異物進入、雜質；
（2）維護：維護不當、受潮、操作失誤、振動；
（3）環(huán)境：外部短路、雷電侵襲、自然損壞；
（4）其它。
1.3 變壓器故障按嚴酷程度分類
根據變壓器故障程度不同，對不同故障模式進行嚴酷程度分類：
（1）Ⅰ類災難性：變壓器爆炸或完全損壞；
（2）Ⅱ類致命性：變壓器性能嚴重下降或嚴重受損，必須立即停運；
（3）Ⅲ類臨界性：變壓器性能輕度下降或輕度受損；
（4）Ⅳ類輕度性：不甚影響變壓器運行但要進行非計劃檢修。
2 變壓器故障按部位分類分析
2.1 繞組故障
變壓器繞組是變壓器的心臟，構成變壓器輸入、輸出電能的電氣回路，其故障模式可分為：繞組短路、繞組斷路、繞組松動、變形、位移、繞組燒損。其中繞組短路又可分為：層間短路、匝間短路、相間短路、股間短路。
變壓器繞組故障除外在因素外，大部分是由于繞組本身結構及絕緣不合理所引起，以繞組短路出現率最高，它不僅影響到繞組本身，而且對鐵心、引線、絕緣屏等都有極大的影響。這種故障屬致命性的，此時變壓器內部可能出現局部高溫或局部高能量放電現象，如不及時處理會導致變壓器繞組完全損壞，嚴重時其油溫迅速升高，體積膨脹，甚至導致變壓器爆炸，升級為災難性故障。
對于變壓器繞組松動、 變形、失穩(wěn)，絕緣損傷現象，變壓器在這種情況下雖能運行，但實質上內部已受損，抗短路能力差，若外部短路或受到雷擊的影響會進一步使繞組松散，內部場強分布不均，極易導致局部放電進而損傷導線。另外松散導線也易在電磁力作用下產生振動，互相磨擦而劃破絕緣。繞組燒損是指繞組絕緣部分碳化，最終形成繞組短路，發(fā)展為致命性故障，因而這類故障屬于臨界性故障。
繞組斷路，當高壓側一相斷路時，變壓器將在非全相狀態(tài)下運行，變壓器低壓三相電壓、電流呈現不平衡，三相直流電阻也不平衡；兩相斷路變壓器則不能運行；當低壓側兩相斷路時，變壓器單相負載運行，斷路的兩相低壓無電壓、電流，因而變壓器斷路屬于致命性故障。
2.2 鐵心故障
變壓器鐵心和繞組是傳遞、交換電磁能量主要部件，要使變壓器可靠運行，除繞組質量合格外，鐵心質量好壞是決定正常運行的關鍵。鐵心的故障模式可分為：鐵心多點接地、鐵心接地不良、鐵心片間短路。其中鐵心多點接地可分為：鐵心動態(tài)性多點接地和牢靠性多點接地。
變壓器鐵心故障以鐵心多點接地出現較多，伴隨有鐵心局部過熱，運行時間過長將會使油紙絕緣老化、絕緣墊塊碳化、鐵心片絕緣層老化，甚至使鐵心接地引線燒斷，這類故障屬臨界性故障。鐵心片間短路將會在強磁場中形成渦流使鐵心局部過熱，鐵心接地不良也會使鐵心局部過熱，同時出現介損超標現象，局部過熱現象易燒壞鐵心片間絕緣，擴大鐵心故障，因而它們也屬臨界性故障。而鐵心動態(tài)性接地情況將有所不同，主要是由雜質在電場力作用下形成導電小橋，是由一些雜質纖維與金屬粉末形成，有時在大電流的沖擊下而摧毀，出現情況不穩(wěn)定，一般不影響變壓器運行，但不定期的局部過熱會使內部絕緣受傷，屬輕度性故障。
2.3 分接開關故障
有載分接開關內部傳動結構較為復雜，而且經常操作切換，它的故障直接影響到變壓器的正常運行。分接開關由于受高溫和絕緣油影響， 極易使觸頭表面氧化，生產氧化膜，使觸頭間接觸不良電阻增大，引起局部高溫，破壞接觸表面。其故障模式主要有筒體爆炸、觸頭燒損、檔序錯亂、齒輪損壞。筒體爆炸甚至會導致變壓器著火，屬致命性故障。開關檔序錯亂、齒輪損壞、觸頭燒損在故障狀態(tài)下運行將會擴大故障屬臨界性故障。
2.4 引線故障
引線是變壓器內部繞組出線與外部接線的中間環(huán)接，其接頭是通過焊接而成，因而焊接質量直接影響到引線的故障發(fā)生。其主要故障模式有：引線短路、引線斷路、引線接觸不良。
引線相間短路如不及時處理會導致繞組相間短路，屬致命性故障，事故擴大會發(fā)展成為災難性故障。引線對地短路、接觸不良會產生局部高溫燒斷引線而使變壓器停運，屬于臨界性故障。
2.5 套管故障
套管是變壓器內繞組與油箱外聯(lián)結引線的重要保護裝置。它長期遭受電場、風雨、污染等影響，易使瓷釉龜裂絕緣老化，是變壓器故障多發(fā)部位。其故障模式主要有：套管炸裂、套管位移、開焊、局部放電。套管爆炸致使變壓器停運甚至燒毀，故屬于致命性故障；套管位移、開焊將會有水順著套管進入變壓器本體內，極易導致變壓器繞組短路或相間短路，局部放電或局部過熱，易使套管內部絕緣擊穿，屬臨界性故障。
2.6 絕緣故障
變壓器內部絕緣是變壓器質量優(yōu)劣的關鍵，大部分故障都是因絕緣性能不佳引起，因而絕緣的好壞是變壓器能否長期、安全可靠運行的基本保證。絕緣故障模式可分為：絕緣損傷、介損超標。
絕緣損傷與介損超標在短期內變壓器仍能正常運行，但這些故障會使變壓器內部產生局部放電或局部輕度過熱現象，進一步損傷絕緣導致變壓器內繞組局部短路、絕緣件碳化等故障，屬輕度性故障。
2.7 密封不良
變壓器密封不良主要是接頭處處理不好，如焊接質量不良、螺栓亂扣以及法蘭不平等原因造成。其后果是漏油、漏氣，故障時不易發(fā)現，影響范圍大。故障模式有密封圈老化、瓷套脫落或破裂、箱體焊點裂紋、潛油泵處漏氣等。
3 變壓器故障分類統(tǒng)計
3.1 變壓器故障按部位分類統(tǒng)計
通過對1990-2000年110 kV及以上電壓等級電力變壓器故障實例進行隨機抽樣整理分析，其故障按部位分類統(tǒng)計如表1所示。
表1 故障按部位分類統(tǒng)計表
故障部位 繞組鐵心分接開關引線套管絕緣密封其它總計<?namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" ?>
故障次數 112 65 37 25 29 15 7 9 299
百分比／% 37.5 21.7 12.4 8.4 9.7 5 2.3 3 100
3.2 變壓器故障按原因分類統(tǒng)計
對上述299次變壓器故障按故障原因來分，其統(tǒng)計結果如表2所示。
表2 變壓器故障按原因分布
故障原因制造維護環(huán)境其它合計
故障次數 162 72
環(huán)保知識
職業(yè)衛(wèi)生