變壓器危險性與預防保護



一、前言

年前萬隆變電所爆炸起火30萬戶大停電,台電查出是變壓器故障,絕緣油燃燒,高溫濃煙再造成匯流排跳脫,才會造成30萬戶大規模停電;近日竹科學園區今早突然傳出火警,亞東氣體公司疑似因為變電站變壓器設備發生問題,導致起火、爆炸,影響供電品質及供電系統的韌性甚鉅,更是公共安全關注議題。 變壓器在輸配電系統中一直擔負著電力轉換與聯絡的重要工作,從發電廠的發電機組輸出到用戶端,必須藉由各種升壓與降壓變壓器,才能將電力順利送達用戶家中。將二組線圈繞於共同之鐵心磁路而成為變壓器,當其中一組線圈接於交流電源時,另一組線圈上因電磁感應作用而產生另一種電壓的交流電,二組線圈上之電壓與所繞線圈匝數成正比例,連結於電源側的線圈通常稱為一次線圈,接於負載側的線圈則稱為二次線圈,若二次側線圈電壓高於一次側,稱為升壓變壓器;反之,二次側電壓變低時,稱為降壓變壓器,由於變壓器係利用電、磁能量轉換的原理,因此,變壓器內部絕緣材料關係著整個變壓器的壽命,影響供電品質,而且增加電力輸配線路損失。

二、危害分析

平常變壓器在運轉中絕緣材料會逐漸劣化,絕緣材料劣化均會造成絕緣油的過熱而分解出可燃性氣體,變壓器內部一旦發生嚴重過載、短路,可燃的絕緣材料和絕緣油就會受高溫或電弧作用,分解燃燒,並產生大量氣體,使變壓器內部的壓力急劇增加,造成外殼爆裂,大量噴油,燃燒的油流又進一步擴大了火災危害。運行中的變壓器發生火災和爆炸的原因與預防措施,有以下幾個方面:

(一) 絕緣損壞
1. 線圈絕緣老化 當變壓器長期過載,會引起線圈發熱,使絕緣逐漸老化,造成匝間短路、相間短路或對地短路,引起變壓器燃燒爆炸。
2. 油質不佳,油量過少 不慎而使水分、雜質或其他油污等混入油中後,會使絕緣強度大幅度降低。 運行中,也應定期化驗油質。發現問題,應及時採取相應的措施。
3. 鐵芯絕緣老化損壞 矽鋼片之間絕緣老化,或者夾緊鐵芯的螺栓套管損壞,使鐵芯產生很大的渦流,引起發熱而使溫度升高,也將加速絕緣的老化。
4. 檢修不慎,破壞絕緣 在吊芯檢修時,常常由於不慎將線圈的絕緣和瓷套管損壞。

(二) 導線接觸不良 線圈內部的接頭、線圈之間的連接點,如接觸不良會產生局部過熱,破壞線圈絕緣,發生短路或斷路。此時所產生高溫的電弧,同樣會使絕緣油迅速分解,產生大量氣體,使壓力驟增,破壞力極大,後果也十分嚴重。導線接觸不良有以下原因: 1. 螺栓鬆動。2. 焊接不牢。3. 分接開關接點損壞。

(三) 負載短路 中、小型變壓器一般在高壓側設熔斷器,熔體的選擇應能保證在變壓器內部或套管處發生短路事故時即被熔斷。

(四) 接地不良 電流過大而接地點接觸電阻又較大時,接地點就會出現高溫,引燃可燃物。為此,應經常檢查接地線、點是否連接完整緊固,並應定期測試接地電阻。 (五) 雷擊過電壓 油浸電力變壓器的電流,很易遭到雷擊產生的過電壓的侵襲,擊穿變壓器的絕緣,引起火災,所以必須採取相應的防雷措施。

三、防護設施

變壓器應設於配電室、控制室、變電室等被區隔之場所,應禁止電氣作業有關人員以外之人員進入者,變壓器周圍不可存有易(可)燃物,否則,當變壓器爆炸著火時,大量燃燒絕緣油(燃點約140℃)會波及附近可燃物,引起激烈的火災造成嚴重損失。故以下就針對變壓器事故及保護上的一個新趨勢提出說明:
變壓器內含絕緣油之燃點極高在平常狀態亦即為穩定,但變壓器短路事故發生時, 因為產生弧光而使得溫度急遽上升,則絕緣油會在短時間內快速氣化,產生大量的危險 性氣體,如此使得變壓器本體內壓力快速上升,一旦變壓器發生爆裂噴油,即會發生火 災,此時不僅損壞變壓器,同時也波及週遭之設備,造成嚴重之損失。
一般變壓器的保護設備有保護電驛(差動電驛、布氏電驛等)、釋壓閥(Pressure Relief Valve)及危險氣體偵測器等,當事故發生時可迅速融斷動作切離;在變電室設計 時選用適當的滅火設施如水噴霧、氮氣或泡沫等滅火系統;同時配合防火牆、集油池或 地面採用鵝卵石舖設以避免絕緣油的逸散而擴大災害面積。

四、結語

變壓器是電力系統中最重要的設備,有良好的保養與檢查不但可以早期發現變壓器的異常情況,且可防範事故於未然,加上電氣設備的設計、施工、保養應由專業人員來負責,萬一發生事故亦可將災害控制到最低程度。其易引起激烈的火災造成嚴重損失,因此,變壓器業者也由傳統的礦物性油浸式變壓器開始,接著開發了高燃燒點的矽油變壓器、H種乾式變壓器,進而樹脂模鑄型變壓器以提升安全性。

按:宋郁德,中華民國仲裁人。