基于故障树分析的电力变压器可靠性跟踪方法

基于故障树分析的电力变压器可靠性跟踪方法

李博伟

大唐国际托克托发电公司，内蒙古呼和浩特010216

摘要：故障树分析方法是最早美国贝尔实验室研究的，是一种行之有效的逻辑模式分析的方法，常用于安全工程的主要分析方法。使用故障树分析法需要具有数理逻辑的基础，了解逻辑符合，理解逻辑操作，从顶层开始进行故障树的编制。本文利用故障树的科学分析方法，对大型电力变压器系统进行分析，对故障作出做出研究。

关键词：故障树分析；电力变压器；维护方法

大型电力变压器的安全稳定运行日益受到各界的关注，尤其越来越多的大容量变压器进网运行，一但造成变压器故障，将影响正常生产和人民的正常生活，而且大型变压器的停运和修复将带来很大的经济损失，本文分析了电力变压器的各种类型故障以及检修方法。近年来，随着大型变压器制造水平的不断提高，变压器的可靠性也越来越高，同时，对电网运行单位的生产效率和经济效益的要求不断提高，以往所普遍采用的变压器定期维修的弊端越来越突出。因此人们开始关注变压器状态检修的研究和应用，状态检修代替定期维修已成为电力系统的共识。

一、故障树分析

故障树分析法，简称(FTAFaultTreeAnalysis)，是一种评价复杂系统可靠性与安全性的分析方法。故障树分析把系统不希望发生的失效状态作为失效分析的目标，这一目标在故障树分析中定义为“顶事件”。在分析中要求寻找出导致这一失效发生的所有可能的直接原因和间接原因，这些原因在故障树分析中称之为“中间事件”。然后再跟踪找出导致每一个中间事件发生的所有可能的原因，顺序渐进，直至追踪到对被分析对象来说是一种基本原因为止。这种基本原因，故障树分析中定义为“底事件”

1.起源：

其实从起源来说故障树分析技术已经有很长的历史了，它最早是由美国贝尔实验室研发的。它是使用树的模型对一些工程系统进行评估的分析方法。树的模型是依据由顶端开始逐级向下的图形类方法。在1974年，它首次应用于核电站的安全评估。从此开始故障树分析法就不断的得到优化，并且应用范围也在不断的拓宽。它的实现是在构造逻辑数图形的时候，把不利于系统（会造成系统失效）的多种不定原因综合分析。并且通过数学方法精确的计算这些原因综合出现的概率，某几种原因组合的可能与方式。从而预判系统非正常工作的可能性。进而采用可改善的措施，为实现系统安全而进行服务。今年来，故障树分析技术主要应用在航天领域、化工领域、电力领域等方面，作为定性定量分析的工具。本文就是介绍故障树分析方法在电力故障中的评测应用。

2.原理与应用：

在故障树分析中，具体建树的原理如下：首先把电力变压器系统（本文针对电力变压器故障）的安全有威胁的因素和状态作为最终分析的目的。把造成故障状态的因素全部挑出，再逐级寻找下级因素，直到所有的因素都被找出为止。

把不安全的状态认为是事件，用逻辑符合替代每个事件，同时用门关系把各个事件进行联系。最终成为树状的图形，也就是建造好一棵树。树间的关系利用逻辑因果关系构成。

3.故障树分析方法的优劣

优势：首先这种树形描述关系清晰，能够具备逻辑性的找出事故发生的原因。安全人员就可以从树中得到结论，关注如何预防威胁原因组合成危险状态。作出做出合理的防护。其次通过数学计算，得出故障状态在多大的概率数据下可能发生，通过数据了解不同危害原因的影响程度。最后可以通过定量和定性的分析，分析措施的实施顺序，合理进行量化工作。

劣势：对于造成事故的原因易于分析，但是由原因到如何处理事故却是很难施行。其次针对性过强，分析时候是针对每个事故状态，而不能系统综合的分析。用简易的说法就是，细节思考，定性定量能力很强，但是纵观全局的能力较弱。再次使用故障树分析法必须能准确的建树，这对人员的分析能力，工作水平有较高的要求。最后，每个事件的概率采集需要预先做大量的采集工作。

二、电力变压器的常见故障及产生原因

1.绕组和引线故障

绕组故障主要是指发生在变压器线圈、绝缘和端子中的故障。绕组故障主要由以下原因引起：（1）变压器线圈的接头焊接牢不牢固，直接影响变压器绕组的工作寿命，焊接质量不达标导致电流不畅通，线圈引出线和套管导电杆连接不好，会使变压器在运行中接头过热导致绝缘保护老化，时间长了会造成绕组断路。（2）避免变压器线圈的绝缘中渗水，保持器身干燥，给电力变压器一个干燥的运行环境，可以降低故障的发生。（3）做好变压器避雷防护，加强变压器绕组薄弱处（如高压绕组的起始几匝、绝缘导线的末端等处）的防护，预防雷电冲击、对地弧光放电等瞬变过程发生绝缘损坏乃至击穿。（4）目前影响电力变压器稳定运行的一大隐患是变压器绕组变形。主要表现为：绕组轴向和径向尺寸的变化、器身位移、绕组扭曲、鼓包和匝间短路等。主要原因是变压器遭受严重的外部短路，在电动力和机械力的作用下，变压器绕组的尺寸或形状将发生不可逆的变化。（5）及时清理沉积在油箱底部的绝缘油，改善电力变压器散热环境，避免变压器工作环境温度过高，杜绝变压器超负荷运行，防止线圈绝缘变脆、脱落，引起绕组匝间短路，最终导致变压器故障。

2.高压出线套管故障

套管一般是陶瓷结构，是电力变压器连接的重要保护装置，正确选取套管绝缘的工作场强设计套管，保证长期工作电压下不应发生有害的局部放电；选用介电常数小，介质损耗小的新型绝缘纸；选用介电常数较大的浸渍剂，降低浸渍剂或气隙中的电场强度，提高浸渍剂的吸气性能；采用硅油，提高局部放电熄灭场强；改善套管的密封性能，防止套管渗水漏油，预防产生局部放电。导致套管故障的因素有套管自身缺陷，引起套管损坏、漏油致使套管缺油而过热、套管瓷套的表面受污染等，因此只有正确维护，确保套管的安全运行，才能保证电力变压器的安全性能，使电网正常运行。

3.分接开关故障

分接开关故障主要原因触头接触不良、触头间短路或对地放电、分接开关引线松动等。在电力变压器故障中，大部分故障属于分接开关故障，如变压器质量存在问题；在安装、运行操作及维护过程中存在不当行为造成弹簧变形压力不足、接触不可靠、引线紧固不良、开关触头氧化、分接开关不到位等现象。因此对于运行中的分接开关的检测，对于预防变压器故障具有重要现实意义。

4.磁路部分故障

变压器的铁芯、铁轭及其夹件统称为磁路部分。变压器铁芯和绕组电磁能量转换，铁芯质量好坏是决定其正常运行的关键。磁路故障产生的原因主要有：（1）检查运行中的电力变压器铁芯接地是否良好，避免多点接地，防止变压器局部过热导致导致变压器跳闸，甚至造成变压器直接损坏。（2）降低变压器的铁损是减少磁路部分故障的有效保障。铁芯叠片之间的绝缘或与铁轭夹件之间的绝缘产生损坏会产生很大的循环涡流，并由此产生大量的热量，从而危及铁芯和线圈的绝缘。（3）改进工艺加强变压器铁芯或铁轭叠片的边缘整洁度，保持干燥环境，降低局部过热的几率。

5.绝缘故障和密封不良

变压器的绝缘系统主要由变压器油和绝缘纸、板以及绝缘件构成，绝缘效果直接影响到电流的通畅，影响绝缘的原因主要有绝缘件在制造过程中，其表面或内部被导电质污染，运行中会造成绝缘件表面放电或内部发生局部放电。目前变压器运行中的常见故障是绝缘强度下降进而导致变压器整体绝缘性能下降，形成的主要原因是变压器油受到污染。新的绝缘油是淡黄色的，长时间工作绝缘油就会变黑，这时就要化验绝缘油各项指标，及时过滤或更换绝缘油。变压器油道不畅和油流速度过高会导致运行中的变压器油流带电，会对电力变压器的安全运行造成极大危害。杜绝变压器设计制作的偷工减料，避免采用薄绝缘、小油道的设计制造，加强变压器油箱上的局部密封，做好变压器防水，加强变压器局部的绝缘强度，防止线圈或引线对油箱或对铁芯构件击穿，线圈匝间绝缘遭受的危险性最大。变压器连接处理不好，如焊接质量控制不好、密封效果差，产生漏油、漏气现象，从而降低变压器的质量，减少变压器的使用寿命。

三、电力变压器分析树构造过程

首先要找出大型变压器安全非正常工作的各种情况，这也是最需要注意维护检修的情况事件，从而作为顶故障，导致顶故障发生的中间级故障是按变压器主要组件故障划分的，也就是构造变压器分析树的主树过程。

其次找出故障因果关系，各自寻找导致中间级故障的中间故障环节，构建分析树的子树。这里主要构造包括绕组故障子树、铁芯故障子树、主绝缘故障子树

最后通过计算，计算各种概率的关系，通过概率进行故障不同等级的划分。进行故障等级度的划分，订制等级严重的具体保准。做出定性和定量的分析。

四、总结

本文主要介绍了故障树分析法的起源、原理和构造过程，以及故障树分析的应用领域。并且主要以大型电力系统故障为实例，利用故障树进行故障分析，描述了故障树分析的工作流程。从树顶、子树、概率计算、定性定量计算来帮助判断哪些故障是威胁最大的。从而帮助工作人员及时预防，定期做好电力变压器的日常维护保养工作。

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