變壓器故障的統計分析及預防方法 

　　摘要：通過對美國近10年間變壓器故障的統計分析，討論故障的起因，并涉及了故障 類型、頻率、程度及運行壽命。對預防變壓器故障以延長其使用壽命的維護方法提出了建議。 

　　關鍵詞：變壓器 故障統計 分析 預防 

　　當前的世界范圍內，不間斷的電力供應已成為工業生產、國防軍事、科技發展及人民生活中至關重要的因素。人們對能源不間斷供應的依賴性常常是直到廠房里的生產設備突然停 止工作、大樓燈光突然全部熄滅、電梯被懸在樓層之間時才意識到各種斷路器、布線及變壓 器的重要性。 

　　變壓器故障通常是伴隨著電弧和放電以及劇烈燃燒而發生，隨后電力設備即發生短路或 其他故障，輕則可能僅僅是機器停轉，照明完全熄滅，嚴重時會發生重大火災乃至造成人身 傷亡事故。因此如何確保變壓器的安全運行受到了世界各國的廣泛關注。 

　　美國HSB公司工程部總工程師William Bartley先生，主要負責對大型電力設備尤其是發 電機和變壓器的分析和評估工作，并負責重大事故的調查、檢修程序的改進及新型檢測技術方面的研究。自70年代以來，他負責調查了數千起變壓器故障并進行了幾十年的科學統計研究。 

　　在中國高速的現代化發展中，電力工業的安全運行更起著關鍵作用。本文從介紹美國19 88年至1997年10年間變壓器故障的統計數據進行分析，為國內提供參考資料及可借鑒的科學統計方法，以達到為電力部門服務的目的。 

　　1　變壓器故障的統計資料 

　　1.1　各類型變壓器的故障 

　　過去10年來，HSB發生幾百起變壓器故障造成了數百萬美金的損失。圖1中列出了按變壓 器類型顯示的變壓器故障統計數。從圖中的顯示可以看出除1988年外，電力變壓器故障始終 占據主導位置。 

　　1.2　不同用戶的變壓器故障 

　　變壓器使用在不同的部門，故障率是不同的。為了分析變壓器發生故障的危險性，可將 用戶劃分為11個獨立類型：(1)水泥與采礦業;(2)化工、石油與天然氣;(3)電力部 門;(4)食品加工;(5)醫療;(6)制造業;(7)冶金工業;(8)塑料;(9)印刷業 ;(10)商業建筑;(11)紙漿與造紙業。 

　　按照HSB的Rick Jones博士風險管理的方法，將“風險”定義為發生頻率與損失程度。 損失程度可以被定義為年平均毛損失，而發生頻率(或稱為概率)則可定義為故障發生平均 數除以總數。所以，對于每一個給定的獨立組來說： 

　　頻率 = 故障數 / 該組中的變壓器臺數 

　　(舉例來說，如果每年平均有10起故障，在一個給定的獨立組中有1,000個用戶，在該組中 任何地點故障的概率就是0.01/年。)因此，可以采用產品的故障頻率與程度將變壓器的風 險按用戶加以劃分。(風險=頻率×程度)。 

　　圖2中給出的是10年中10個獨立組中變壓器風險性的頻率—程度“分布圖”。每組曲線 中，X軸表示頻率、Y軸表示程度(或平均損失)，X-Y的關系就形成了一個風險性坐標系統 。其中的斜線稱為風險等價曲線(例如，對于$1,000的0.1的可能性與$10,000的0.01的可 能性可認為是同等風險的)。坐標中右上角的象限是風險性最高的區域。 

　　當考慮到頻率和程度時(如圖2所示)，電力部門的風險是最高的，冶金工業及制造業 分別列在第二和第三位。 

　　1.3　各種使用年限變壓器的故障 

　　按照變壓器設計人員的說法，在“理想狀況下”變壓器的使用壽命可達30～40年，很明 顯的是在實際中并非如此。在1975年的研究中，故障時的變壓器平均壽命為9.4年。在1985 年的研究中，變壓器平均壽命為14.9年。通常有盆形曲線顯示使用初期的故障率以及位于右 端的老化結果，然而故障統計數據顯示變壓器的使用壽命并非無法預測。圖3中顯示了該研究中使用壽命的統計數據，這些數據可以用來確定對變壓器進行周期檢查的時間和費用。 

　　在電力工業中變壓器的使用壽命應當給予特別地關注。美國在二戰后經歷了一個工業飛速發展的階段，并導致了基礎工業特別是電力工業大規模的發展。這些自50年代到80年代安 裝的設備，按其設計與運行的狀況，現在大部分都已到了老化階段。據美國商業部的數據，在1973～1974年間電力工業在新設備安裝方面達到了頂峰。如今，這些設備已運行了近25年，故必須對已安裝變壓器的故障可能性給予特別的關注。  

　　2　變壓器故障原因分析 

　　HSB收集了有關變壓器故障10年來的資料并進行分析的結果表明，盡管老化趨勢及使用 不同，故障的基本原因仍然相同。HSB公司電氣部的總工程師J.B. Swering在論文中寫到：“多種因素都可能影響到絕緣材料的預期壽命，負責電氣設備操作的人員應給予細致地考慮。這些因素包括：誤用、振動,過高的操作溫度、雷電或涌流、過負荷、對控制設備的維護 不夠、清潔不良、對閑置設備的維護不夠、不恰當的潤滑以及誤操作等。" 

[$page]　　下表中給出了在過去幾十年中HSB公司總結出的有關變壓器故障的基本原因 ，表中列出了分別由1975、1983以及1998年的研究得出的關于故障通常的原因及其所占百分比。 

　　2.1　雷擊 

　　雷電波看來比以往的研究要少，這是因為改變了對起因的分類方法�，F在，除非明