變壓器使用壽命研究與運(yùn)維策略

王 植

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司東莞供電局，廣東 東莞523000）

0 引言

變壓器是電網(wǎng)中的必要設(shè)備之一，也是變電站內(nèi)重要的設(shè)備，其使用壽命倍受關(guān)注［1］。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)電力變壓器的平均使用壽命為20年左右（表1），而發(fā)達(dá)國家變壓器使用壽命一般都超過40年?？梢哉f，在變壓器使用壽命上，國內(nèi)的變壓器還存在很大的提升空間。因此，分析影響變壓器使用壽命的主要因素，據(jù)此科學(xué)進(jìn)行變壓器運(yùn)行監(jiān)督，能提高變壓器安全運(yùn)行水平，這對延長變壓器的壽命周期、提高經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效益有著十分重要的意義［2］。

表1 2011年報(bào)廢變壓器的壽命分布

1 變壓器使用壽命的主要影響因素

影響變壓器使用壽命的主要因素有：熱因素、機(jī)械因素、電氣因素和運(yùn)行維護(hù)水平因素。

1.1 熱因素

油紙絕緣無法更換，溫度升高，油紙絕緣老化速度加快，絕緣紙聚合度下降、脆化，在振動(dòng)和外部短路沖擊下可能造成匝間短路；對于非熱改性紙，溫度每升高6 ℃，老化速度就加倍，其絕緣相對老化率v與溫度θ 關(guān)系式為：

根據(jù)式（1）可知，當(dāng)變壓器溫度超過98 ℃時(shí)，即變壓器過負(fù)荷運(yùn)行后，其壽命損失增長很快（圖1）。

圖1 老化速率與溫度的關(guān)系

按照GB1094.7，其熱點(diǎn)溫升78K 與平均溫升65K 相對應(yīng)，熱點(diǎn)溫度θh的定義為［3］：

1.2 機(jī)械因素

變壓器運(yùn)行過程中出口或近區(qū)發(fā)生突發(fā)短路，大電流產(chǎn)生的電動(dòng)力將導(dǎo)致絕緣位移、繞組變形，損壞變壓器。

1.3 電氣因素

變壓器絕緣內(nèi)部的缺陷處存在局部放電，長期局部放電可慢慢損壞絕緣，最終導(dǎo)致整個(gè)絕緣擊穿。

1.4 運(yùn)行維護(hù)水平因素

運(yùn)行維護(hù)水平的高低也會(huì)影響變壓器壽命。在變壓器實(shí)際運(yùn)行中，主要包括變壓器定期維護(hù)、狀態(tài)監(jiān)測、負(fù)荷調(diào)整等因素。

2 延長使用壽命的技術(shù)要求

2.1 溫升

結(jié)合近幾年110kV 以上變壓器溫升型式試驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)，變壓器溫升型式試驗(yàn)中必須測量繞組的熱點(diǎn)溫升［4］，且熱點(diǎn)溫升值必須小于75K；建議頂層油溫升小于50K，繞組平均溫升小于60K。

2.2 抗短路能力

提高變壓器抗短路能力主要可以通過以下幾種方式：變壓器抗短路能力校驗(yàn)；器身干燥緊固完成后應(yīng)復(fù)測線圈高度偏差；保留變壓器出廠和投產(chǎn)前頻響法和低電壓短路阻抗測試的原始數(shù)據(jù)；在運(yùn)行過程中采取措施減小近區(qū)或出口短路。

2.3 局部放電

在局放試驗(yàn)電壓下變壓器局部放電要求：220kV、500kV三繞組變壓器高、中壓繞組不大于100pC；220kV 雙繞組變壓器高壓繞組不大于100pC；110kV 變壓器不大于300pC。

2.4 分接開關(guān)

因?yàn)闊o勵(lì)磁分接開關(guān)操作不頻繁，主要針對有載分接開關(guān)。參照國內(nèi)外分接開關(guān)電氣壽命和機(jī)械壽命以及目前的設(shè)計(jì)制造水平，油中滅弧式分接開關(guān)電氣壽命和機(jī)械壽命相對較長，而真空式有載分接開關(guān)則因其真空度壽命無法保證。

2.5 套管

影響套管壽命的主要因素有熱老化、密封不良、絕緣缺陷和末屏接地不良，由于溫升不是制約套管壽命的主要因素，合理采用密封結(jié)構(gòu)和高質(zhì)量的密封材料是關(guān)鍵；另外考慮將介質(zhì)損耗不大于0.4%、局放量不大于5pC作為出廠控制值。

2.6 變壓器油

在變壓器整個(gè)壽命周期內(nèi)，一般無需更換變壓器油，只需適時(shí)對變壓器油進(jìn)行處理，就可使變壓器油的各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足運(yùn)行要求。當(dāng)某些指標(biāo)不合格時(shí)須采取相應(yīng)的處理措施，如真空濾油、脫氣、油再生、吸附處理等。

3 變壓器運(yùn)維措施要求

3.1 防止變壓器絕緣事故

新安裝和大修應(yīng)嚴(yán)格按照有關(guān)要求進(jìn)行抽真空、真空注油和熱油循環(huán)；對于分體運(yùn)輸、現(xiàn)場組裝的變壓器有條件時(shí)宜進(jìn)行真空煤油氣相干燥；110kV 及以上變壓器安裝后應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場局放試驗(yàn)并抽樣進(jìn)行空載、負(fù)載損耗試驗(yàn)；220kV 及以上電壓等級變壓器吊罩后，應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場局部放電試驗(yàn)。

套管將軍帽、升高座及其連管等處，儲(chǔ)油柜頂部應(yīng)檢查密封性，運(yùn)行巡視時(shí)應(yīng)特別注意變壓器冷卻器潛油泵負(fù)壓區(qū)出現(xiàn)的滲漏油。

3.2 防止變壓器出口短路事故

首先應(yīng)加強(qiáng)變壓器選型、定貨、驗(yàn)收及投運(yùn)的全過程管理；其次，變壓器在制造階段的質(zhì)量抽檢工作中，應(yīng)進(jìn)行電磁線抽檢以及抽樣進(jìn)行突發(fā)短路試驗(yàn)的驗(yàn)證；采取防止近區(qū)或出口短路的措施，如低壓母線絕緣化，變電站出口2km 內(nèi)的10kV 線路可考慮采用絕緣導(dǎo)線；全電纜線路不應(yīng)采用重合閘，對于含電纜的混合線路應(yīng)有防止變壓器連續(xù)遭受短路沖擊的措施。

3.3 防止變壓器保護(hù)事故

有以下幾個(gè)方面：新安裝的氣體繼電器必須經(jīng)校驗(yàn)合格后方可使用，瓦斯保護(hù)投運(yùn)前必須對信號跳閘回路進(jìn)行保護(hù)試驗(yàn)；變壓器本體保護(hù)宜采用就地跳閘方式；變壓器本體、有載分接開關(guān)的重瓦斯保護(hù)應(yīng)投跳閘；氣體繼電器要定期校驗(yàn)；壓力釋放閥在交接和大修時(shí)應(yīng)進(jìn)行校驗(yàn)。

3.4 防止分接開關(guān)事故

（1）無勵(lì)磁分接開關(guān)：改變分接后必須測量使用分接的直流電阻和變比；安裝和檢修時(shí)應(yīng)檢查分接開關(guān)的彈簧狀況、觸頭表面鍍層及接觸情況、分接引線是否斷裂及緊固件是否松動(dòng)。（2）有載分接開關(guān)：安裝時(shí)進(jìn)行調(diào)試檢查，對切換程序與時(shí)間進(jìn)行測試，特別注意分接引線距離和固定狀況、動(dòng)靜觸頭間的接觸情況和操作機(jī)構(gòu)指示位置的正確性。當(dāng)其動(dòng)作次數(shù)或運(yùn)行時(shí)間達(dá)到制造廠規(guī)定值時(shí)，應(yīng)進(jìn)行檢修、試驗(yàn)。

3.5 防止變壓器套管事故

檢修時(shí)當(dāng)套管水平存放、安裝就位后，帶電前必須進(jìn)行靜放，500kV 套管靜放時(shí)間應(yīng)大于36h，110kV、220kV 套管應(yīng)大于24h；對于110kV 及以上套管備品，應(yīng)豎直放置。如套管的傘裙間距低于規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)采取加硅橡膠傘裙套等措施，防止污穢閃絡(luò)。

正常巡視應(yīng)檢查記錄套管油位情況，并加強(qiáng)套管末屏接地運(yùn)行維護(hù)管理。

4 未來變壓器使用壽命的研究課題

對于延長變壓器使用壽命，未來研究的技術(shù)方向主要有：（1）變壓器狀態(tài)參量的檢測。主要包括聚合度、糠醛的測量準(zhǔn)確性以及基于油紙絕緣系統(tǒng)的介電響應(yīng)特性［5］，結(jié)合變壓器負(fù)荷率來評估變壓器油紙絕緣老化情況的方法。（2）變壓器壽命評估技術(shù)。主要通過多種參量的綜合，各參量乘以相應(yīng)權(quán)重，得到綜合老化指數(shù)，以此評估變壓器的老化狀況。（3）變壓器負(fù)荷優(yōu)化分配技術(shù)。分析電網(wǎng)內(nèi)重要變壓器的老化狀態(tài)，并以此為基礎(chǔ)改變電網(wǎng)運(yùn)行方式，合理分配變壓器負(fù)荷，延長運(yùn)行壽命。

［1］張雷，王秀春.油浸式電力變壓器壽命問題的研究［J］.變壓器，2012，49（11）：40－41.

［2］謝文景.變壓器絕緣老化分析及其壽命管理［J］.廣東電力，2001，14（4）：15－17.

［3］李金輝，李潔.影響變壓器本體壽命的因素［J］.電氣制造，2012（2）：76－77.

［4］Aubin J，Baehr，et al.變壓器壽命評估［J］.電力建設(shè)，1996，17（5）：55－58.

［5］武坤，劉宏亮，杜大全，等.油浸式電力變壓器老化狀態(tài)評估方法［J］.河北電力技術(shù)，2011，30（1）：37－39.