事故聚焦

　　2016年6月18日凌晨零點(diǎn)二十分左右，位于西安南郊長(zhǎng)安區(qū)某變電站發(fā)生閃爆。附近兩公里內(nèi)可見火光并伴隨爆炸聲，西安部分區(qū)域停電，據(jù)報(bào)道3名路人不同程度受傷。這起爆炸事故的發(fā)生引起了社會(huì)各界對(duì)變壓器爆炸風(fēng)險(xiǎn)的廣泛關(guān)注。

　　變頻器為什么會(huì)爆炸

　　變壓器是一種利用電磁感應(yīng)原理，把交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌妷?、電流等參?shù)的電力設(shè)備。其中油浸式變壓器，將鐵芯和繞組一起浸入灌滿了絕緣油的油箱中，以加強(qiáng)絕緣和改善冷卻散熱條件。當(dāng)變壓器內(nèi)部出現(xiàn)嚴(yán)重過載、短路、絕緣損壞等故障時(shí)，絕緣油受到高溫或電弧作用，受熱分解產(chǎn)生大量烴類混合氣體，使變壓器內(nèi)部的壓力急劇上升，然后導(dǎo)致變壓器油箱的結(jié)構(gòu)破壞（初級(jí)變壓器爆炸）。

　　初級(jí)變壓器爆炸后，絕緣油、混合氣體和油霧通過變壓器油箱破裂口向外猛烈釋放。絕緣油從變壓器中泄漏，在地面形成液池，被點(diǎn)燃即發(fā)生池火。而當(dāng)泄漏的熱解產(chǎn)物混合氣體和油霧與空氣混合后點(diǎn)燃，就會(huì)發(fā)生二次爆炸。當(dāng)這些情況發(fā)生在密閉或擁塞區(qū)域時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致非常強(qiáng)烈的爆炸，并對(duì)人員和設(shè)備造成威脅，給社會(huì)經(jīng)濟(jì)帶來嚴(yán)重?fù)p失。

　　圖2 變壓器爆炸事故現(xiàn)場(chǎng)

　　變壓器爆炸過程介紹

　　初級(jí)爆炸

　　圖3 變壓器和充油高壓設(shè)備中出現(xiàn)短路或電弧作用

　　變壓器和充油高壓設(shè)備中出現(xiàn)短路或電弧，高溫和電弧作用會(huì)導(dǎo)致油的熱分解并產(chǎn)生大量烴類混合氣體。

　　圖4 變壓器油箱的結(jié)構(gòu)破壞（初級(jí)變壓器爆炸）

　　圖5 液態(tài)絕緣油、氣態(tài)電解產(chǎn)物和油霧通過變壓器油箱破裂口向外猛烈釋放

　　二次爆炸

　　絕緣油從變壓器中泄漏并點(diǎn)燃，發(fā)生池火；氣態(tài)電解產(chǎn)物和油霧的泄漏及空氣混合，被點(diǎn)燃后發(fā)生二次爆炸。

　　圖6 變壓器二次爆炸與池火場(chǎng)景

　　圖7 合理泄壓和抗爆措施降低變壓器爆炸后果

　　以上是對(duì)變壓器爆炸事故的分析，接下來我們來分析一下變電站常出現(xiàn)的故障。

　　故障分類

　　正常運(yùn)行的電力設(shè)備，由于電流、電壓的作用將產(chǎn)生發(fā)熱．主要包括電流效應(yīng)引起的發(fā)熱和電壓效應(yīng)引起的發(fā)熱。當(dāng)電力設(shè)備存在缺陷或故障時(shí)，缺陷或故障部位的溫度就會(huì)產(chǎn)生異常變化。從而引起設(shè)備的局部發(fā)熱，假設(shè)未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并及時(shí)制止這些隱患的發(fā)展，最終會(huì)促成設(shè)備故障或事故的發(fā)生，嚴(yán)重的會(huì)擴(kuò)大成電網(wǎng)事故。

　　電力設(shè)備發(fā)熱故障基本上可分為兩大類，即外部故障和內(nèi)部故障，其基本特征如下：

　　1)外部發(fā)熱故障：它以局部過熱的形態(tài)向其周圍輻射紅外線，各種裸露接頭、連接體的熱故障，其紅外熱圖顯現(xiàn)出以故障點(diǎn)為中心的熱場(chǎng)分布。所以，從設(shè)備的熱圖中可直觀地判斷是否存在熱故障，根據(jù)溫度分布可以準(zhǔn)確地確定故障的部位及故障嚴(yán)重程度。

　　2)內(nèi)部發(fā)熱故障：它的發(fā)熱過程一般較長(zhǎng)，且為穩(wěn)定發(fā)熱，與故障點(diǎn)接觸的固體、液體和氣體，形成熱傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射，并以這樣的方式將內(nèi)部故障所產(chǎn)生的熱量不斷地傳遞至設(shè)備外殼，從而改變?cè)O(shè)備外表面的熱場(chǎng)分布情況。

　　電力生產(chǎn)包括發(fā)電廠內(nèi)的電力生產(chǎn)環(huán)節(jié)以及輸配電環(huán)節(jié)。這兩個(gè)環(huán)節(jié)的低效導(dǎo)致電力產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)能難以提高，事故時(shí)有發(fā)生。

　　生產(chǎn)環(huán)節(jié)的問題主要集中在糟糕的基礎(chǔ)設(shè)施上。設(shè)備陳舊，所以能源轉(zhuǎn)化效率低，事故也常常發(fā)生。今年5月，美國(guó)紐約州一座核電站發(fā)生起火爆炸事故，原因就是電廠變壓器設(shè)備障礙，而這類事故近年來在美國(guó)屢有發(fā)生。

　　故障原因與音響

　　由于輸電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施老化，變電站與其他地區(qū)的電網(wǎng)缺少監(jiān)測(cè)關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的自動(dòng)化系統(tǒng)，因此停電與持續(xù)低壓風(fēng)險(xiǎn)正日益增加。

　　例如變壓器液體泄漏或內(nèi)部隔熱層故障可導(dǎo)致設(shè)備過熱，從而引發(fā)故障，但大多數(shù)供電公司并未配備可偵測(cè)這些故障點(diǎn)的自動(dòng)化熱檢測(cè)系統(tǒng)。

　　無論故障原因如何，一次重大的變電站故障可能演化為一系列并發(fā)故障，其結(jié)果可能導(dǎo)致銀行設(shè)施、安防系統(tǒng)、制造工廠、食品冷藏、通訊網(wǎng)絡(luò)與交通控制系統(tǒng)發(fā)生大規(guī)模故障，毋庸置疑，相關(guān)供電公司可能蒙受巨大的收益損失為恢復(fù)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)也會(huì)增加大量成本。

　　供電公司基礎(chǔ)設(shè)施逐漸老化,停電、持續(xù)低壓的風(fēng)險(xiǎn)與日益增加，持續(xù)低壓是指電力供應(yīng)中的電壓下降，如此命名是因?yàn)榈蛪和ǔ?dǎo)致燈光的亮度變暗，供電公司還面臨著代價(jià)昂貴的計(jì)劃外維護(hù)和成本飆升等問題。