變壓器使用壽命研究與運維策略

王 植

（廣東電網有限責任公司東莞供電局，廣東 東莞523000）

0 引言

變壓器是電網中的必要設備之一，也是變電站內重要的設備，其使用壽命倍受關注［1］。據不完全統(tǒng)計，國內電力變壓器的平均使用壽命為20年左右（表1），而發(fā)達國家變壓器使用壽命一般都超過40年。可以說，在變壓器使用壽命上，國內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，據此科學進行變壓器運行監(jiān)督，能提高變壓器安全運行水平，這對延長變壓器的壽命周期、提高經濟運行效益有著十分重要的意義［2］。

表1 2011年報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、機械因素、電氣因素和運行維護水平因素。

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 關系式為：

根據式（1）可知，當變壓器溫度超過98 ℃時，即變壓器過負荷運行后，其壽命損失增長很快（圖1）。

圖1 老化速率與溫度的關系

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

1.2 機械因素

變壓器運行過程中出口或近區(qū)發(fā)生突發(fā)短路，大電流產生的電動力將導致絕緣位移、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，最終導致整個絕緣擊穿。

1.4 運行維護水平因素

運行維護水平的高低也會影響變壓器壽命。在變壓器實際運行中，主要包括變壓器定期維護、狀態(tài)監(jiān)測、負荷調整等因素。

2 延長使用壽命的技術要求

2.1 溫升

結合近幾年110kV 以上變壓器溫升型式試驗的統(tǒng)計，變壓器溫升型式試驗中必須測量繞組的熱點溫升［4］，且熱點溫升值必須小于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；器身干燥緊固完成后應復測線圈高度偏差；保留變壓器出廠和投產前頻響法和低電壓短路阻抗測試的原始數據；在運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

因為無勵磁分接開關操作不頻繁，主要針對有載分接開關。參照國內外分接開關電氣壽命和機械壽命以及目前的設計制造水平，油中滅弧式分接開關電氣壽命和機械壽命相對較長，而真空式有載分接開關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，合理采用密封結構和高質量的密封材料是關鍵；另外考慮將介質損耗不大于0.4%、局放量不大于5pC作為出廠控制值。

2.6 變壓器油

在變壓器整個壽命周期內，一般無需更換變壓器油，只需適時對變壓器油進行處理，就可使變壓器油的各項性能指標滿足運行要求。當某些指標不合格時須采取相應的處理措施，如真空濾油、脫氣、油再生、吸附處理等。

3 變壓器運維措施要求

3.1 防止變壓器絕緣事故

新安裝和大修應嚴格按照有關要求進行抽真空、真空注油和熱油循環(huán)；對于分體運輸、現場組裝的變壓器有條件時宜進行真空煤油氣相干燥；110kV 及以上變壓器安裝后應進行現場局放試驗并抽樣進行空載、負載損耗試驗；220kV 及以上電壓等級變壓器吊罩后，應進行現場局部放電試驗。

套管將軍帽、升高座及其連管等處，儲油柜頂部應檢查密封性，運行巡視時應特別注意變壓器冷卻器潛油泵負壓區(qū)出現的滲漏油。

3.2 防止變壓器出口短路事故

首先應加強變壓器選型、定貨、驗收及投運的全過程管理；其次，變壓器在制造階段的質量抽檢工作中，應進行電磁線抽檢以及抽樣進行突發(fā)短路試驗的驗證；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 內的10kV 線路可考慮采用絕緣導線；全電纜線路不應采用重合閘，對于含電纜的混合線路應有防止變壓器連續(xù)遭受短路沖擊的措施。

3.3 防止變壓器保護事故

有以下幾個方面：新安裝的氣體繼電器必須經校驗合格后方可使用，瓦斯保護投運前必須對信號跳閘回路進行保護試驗；變壓器本體保護宜采用就地跳閘方式；變壓器本體、有載分接開關的重瓦斯保護應投跳閘；氣體繼電器要定期校驗；壓力釋放閥在交接和大修時應進行校驗。

3.4 防止分接開關事故

（1）無勵磁分接開關：改變分接后必須測量使用分接的直流電阻和變比；安裝和檢修時應檢查分接開關的彈簧狀況、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。（2）有載分接開關：安裝時進行調試檢查，對切換程序與時間進行測試，特別注意分接引線距離和固定狀況、動靜觸頭間的接觸情況和操作機構指示位置的正確性。當其動作次數或運行時間達到制造廠規(guī)定值時，應進行檢修、試驗。

3.5 防止變壓器套管事故

檢修時當套管水平存放、安裝就位后，帶電前必須進行靜放，500kV 套管靜放時間應大于36h，110kV、220kV 套管應大于24h；對于110kV 及以上套管備品，應豎直放置。如套管的傘裙間距低于規(guī)定標準，應采取加硅橡膠傘裙套等措施，防止污穢閃絡。

正常巡視應檢查記錄套管油位情況，并加強套管末屏接地運行維護管理。

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、糠醛的測量準確性以及基于油紙絕緣系統(tǒng)的介電響應特性［5］，結合變壓器負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。主要通過多種參量的綜合，各參量乘以相應權重，得到綜合老化指數，以此評估變壓器的老化狀況。（3）變壓器負荷優(yōu)化分配技術。分析電網內重要變壓器的老化狀態(tài)，并以此為基礎改變電網運行方式，合理分配變壓器負荷，延長運行壽命。

［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，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，2011，30（1）：37－39.