電力變壓器狀態(tài)評估的實踐與思考

虞玨

摘 要：通過對兩臺35KV主變狀態(tài)評估實踐過程的回顧與反思，提出了電力變壓器狀態(tài)評估工作在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、評估方法及評估時機等方面需要注意的事項。

關(guān)鍵詞：電力變壓器；狀態(tài)評估；注意事項

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.256

0 引言

電力變壓器作為企業(yè)變電站中的核心設(shè)備，其運行狀態(tài)既直接影響整個變配電系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性，也關(guān)系到企業(yè)運行成本。因此，隨著電力變壓器使用年限的增加和實際負(fù)荷的變化，持續(xù)跟蹤變壓器狀態(tài)，及時開展預(yù)防性評估工作，對確保供配電系統(tǒng)可靠性、降低企業(yè)用電風(fēng)險、提升運行經(jīng)濟效益、規(guī)范電力設(shè)備管理都具有重要意義。

1 評估背景及對象

某35KV降壓站兩臺運行近20年的油浸式主變，由于面臨升級改造方案的確定，為此組織開展了一次變壓器狀態(tài)評估。被評估的兩臺主變擔(dān)負(fù)著企業(yè)近50%的用電負(fù)載，為sz7-10000/35雙繞組有載調(diào)壓變壓器，電壓等級35/10.5KV，額定電流165/550A，阻抗8.03%，Yd11的接線形式，分接頭采用自動調(diào)節(jié)方式。

2 評估依據(jù)及方法

評估依據(jù)《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》、《電力變壓器經(jīng)濟運行》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，通過比較分析近三年主變的電試數(shù)據(jù)、收集分析運行數(shù)據(jù)，參考維修維護記錄，從變壓器設(shè)備性能、運行負(fù)載情況及經(jīng)濟性運行等不同角度，完成電力變壓器當(dāng)前所處運行狀態(tài)的評估。

3 評估主要內(nèi)容及結(jié)論

3.1 變壓器設(shè)備性能分析

通過近三年電力變壓器的預(yù)防性電氣試驗數(shù)據(jù)分析，評估其是否存在絕緣老化、接觸不良等設(shè)備性能方面的隱患。

3.1.1 變壓器絕緣性能

預(yù)防性電氣試驗報告顯示，近三年兩臺變壓器的絕緣電阻R60均為10000Ω，交流耐壓均合格，繞組直流泄漏電流與前一次測試結(jié)果相比也無明顯變化。但 1#、2#主變高壓-低壓及地的介質(zhì)損角均呈現(xiàn)增長的趨勢；2#主變低壓-高壓及地的介質(zhì)損角波動較大，明顯異于正常情況，其原因可能是油中含水量增加，導(dǎo)致變壓器整體受潮，固體材料老化且有加深的趨勢。

3.1.2 變壓器繞組回路性能

經(jīng)計算，1#主變高、低壓側(cè)，在相同電壓下，直流電阻值呈逐年上升趨勢，相鄰年份差值在增大且差值已超出2%（規(guī)定值）。2#主變高壓側(cè)，在相同電壓下， A、B、C三相的直流電阻相差也較大。故變壓器可能已經(jīng)發(fā)生繞組出現(xiàn)斷股、分接開關(guān)接觸狀態(tài)不良、導(dǎo)線接頭接觸不良等故障，導(dǎo)致繞組直流電阻出現(xiàn)不平衡。

綜合以上分析，1#、2#主變已出現(xiàn)不同程度的絕緣老化。隨著固體絕緣老化程度的加深，絕緣的機械強度下降，變壓器繞組抵抗短路大電流沖擊的能力也會降低，從而影響變壓器的運行可靠性。

3.2 變壓器運行負(fù)載數(shù)據(jù)分析

近三年，兩臺主變最高負(fù)荷率呈下降趨勢，且基本上維持在50%-70%之間。從電力系統(tǒng)運行可靠性來看，由于系統(tǒng)為四分段結(jié)線，當(dāng)一臺變壓器檢修或故障退出時，另一臺變壓器需承擔(dān)全部四分之三的負(fù)荷，剩余的四分之一通過聯(lián)絡(luò)線由其它站承擔(dān)。參照當(dāng)年2臺變壓器的最高月負(fù)載率53.33%及58.89%，另一臺變壓器將單獨承受84.17%的負(fù)載運行；參照三年平均最高月負(fù)載率58.14%、59.63%，另一臺變壓器將單獨承受88.33%的負(fù)載，考慮10%的安全裕度，滿足供電系統(tǒng)N-1的原則。

3.3 經(jīng)濟及社會效益分析

兩臺Sz7-10.0 MVA油浸式主變已進入維修期，每兩年小修一次約需6萬元，每五年大修一次約需12.8萬元，運行成本較高。根據(jù)變壓器的運行損耗公式

（其中P0：變壓器空載損耗 ，PK：變壓器負(fù)載損耗，I0：空載電流，UK：短路阻抗，SN：額定容量，k：無功經(jīng)濟當(dāng)量取0.05，ρ：負(fù)載率，平均為40%），如果換成干式變壓器SCZ10-10.0MVA，可得損耗功率差值ΔP=6.328kW，損耗電量差值：6.328（kW）*24（h）*365（天）=55433.28kWh。原變壓器P0=14.5kW，PK=56.2kW，I0=1.1%，UK=7.5%，SN=10000kVA；干式SCZ10-10.0MVA變壓器參數(shù)：P0=12.96kW，PK=48.52kW，I0=0.4%，UK=7.5%，SN=10000kVA。按平均電價0.85元/kWh計算，兩臺變壓器年均節(jié)約電費55433.28*2*0.85=94236.576元。若按平均壽命30年計算，可節(jié)約電費近300萬，且干式變壓器具有低噪、防火、抗突發(fā)短路能力強、運行維護費用較低等特點。故從長遠效益出發(fā)，用節(jié)能干式變壓器替換高能耗Sz7油浸式變壓器，有較大現(xiàn)實意義。

4 評估的反思

此次評估主要分為三個主要部分，其中后面兩部分——變壓器運行負(fù)載數(shù)據(jù)分析、經(jīng)濟及社會效益分析所需的變壓器負(fù)載、電流、功率因數(shù)等運行數(shù)據(jù)可以從變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)報表中調(diào)取，而且可以根據(jù)不同需求進行分類統(tǒng)計，所以基礎(chǔ)數(shù)據(jù)比較齊全，加之系統(tǒng)總體架構(gòu)比較穩(wěn)定，不同系列變壓器技術(shù)參數(shù)、變壓器經(jīng)濟運行也均有標(biāo)準(zhǔn)可以參照，所以評估較為完善。但評估的第一部分——變壓器設(shè)備性能分析部分卻存在以下有待改進的方面。

4.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)有待完善

在對變壓器電試數(shù)據(jù)的分析評價中，存在以下幾點不足：

4.1.1 缺少試驗溫度說明

由于繞組的介質(zhì)損角tgδ、絕緣電阻等數(shù)據(jù)均與試驗時的溫度密切相關(guān)，所以在評估報告中要說明當(dāng)時試驗的溫度，并根據(jù)統(tǒng)一溫度標(biāo)準(zhǔn)進行換算后才能比較分析數(shù)據(jù)的變化趨勢。

4.1.2 缺少最初交接驗收試驗數(shù)據(jù)

電力變壓器的正常使用壽命通常為20-30年，為建立其長期運行的比較基準(zhǔn)，建立最初安裝完成時的交接驗收試驗數(shù)據(jù)檔案就非常重要。而此次評估報告中沒有提供這樣的比較基準(zhǔn)。

4.1.3 缺少診斷性試驗數(shù)據(jù)

在懷疑tgδ增大的原因可能是由于油中含水量增加、繞組本身存在缺陷、分接開關(guān)接觸狀態(tài)不良等故障時，未進一步進行診斷性試驗，提供具體的實驗數(shù)據(jù)來驗證。

4.1.4 缺少巡檢、維修記錄數(shù)據(jù)

變壓器的故障發(fā)展往往有個過程，如果有巡檢發(fā)現(xiàn)的故障跡象的記錄或變壓器曾經(jīng)歷過的維修記錄，包括維修原因、采取的措施、處理結(jié)果等數(shù)據(jù)均能對變壓器的評估起到良好地輔助判斷的作用。

上述各類數(shù)據(jù)的收集、整理是有效開展評估工作開展的前提條件。為便于評估工作的順利開展，建議實施一變一冊技術(shù)檔案制度，即為每一個需要進行評估的變壓器建立其生命周期電試檔案。電試檔案可主要分成三個部分。

第一部分是設(shè)備資料，包括變電站名稱、主變名稱、型式、生產(chǎn)廠家、出廠編號、容量、相數(shù)、分接頭位置、電壓、電流、阻抗、油種、結(jié)線方式等基本常態(tài)化信息。

第二部分為電試情況記錄的動態(tài)信息，分為出廠試驗、交接試驗、預(yù)防性試驗、診斷性試驗等不同類型，包括試驗日期、試驗設(shè)備、試驗當(dāng)天的氣候、溫濕度、試驗人員及各項試驗結(jié)果。試驗結(jié)果按絕緣電阻、直流電阻、介質(zhì)損角、直流泄漏、交流耐壓分類記錄，以便于將來進行統(tǒng)計分析。另外，在電試過程中發(fā)現(xiàn)的問題及處理措施與結(jié)果也是一項很重要，但經(jīng)常被忽略的數(shù)據(jù)信息。這項數(shù)據(jù)信息可以寫在電試檔案的備注欄里。它往往不會反映在電試報告中，但卻為變壓器設(shè)備可能存在的隱患問題提供了寶貴的線索。

第三部分為故障維修記錄的動態(tài)信息，包括故障現(xiàn)象、故障排查過程，故障原因分析、故障處理等相關(guān)信息，以提升評估的準(zhǔn)確性及說服力。

4.2 評估方法有待改進

4.2.1 性能指標(biāo)的綜合分析有待加強

反映電力變壓器的絕緣性能主要包括：絕緣電阻、泄漏電流、交流耐壓、介質(zhì)損角等。它們之間有所聯(lián)系，但又各有側(cè)重。如繞組的絕緣電阻、直流泄漏電流試均可以反映變壓器貫通的集中缺陷，如開裂、臟污、受潮、絕緣擊穿、嚴(yán)重過熱老化等缺陷。但由于泄漏電流試驗電壓遠高于絕緣電阻試驗電壓，對于絕緣局部受潮、瓷質(zhì)破損等缺陷就比較易發(fā)現(xiàn)。交流耐壓前后的絕緣電阻變化也可用判斷絕緣性能。對于絕緣內(nèi)部有無分層、裂縫等缺陷，可以通過觀測tgδ與外施電壓的關(guān)系曲線記錄，觀測tgδ是否隨電壓上升來判斷。只有綜合分析各項性能指標(biāo)，才能比較全面、客觀地反映變壓器的真實狀況。

4.2.2 評估角度不夠全面

例如前年與當(dāng)年變壓器繞組直流電阻記錄相比，前年 A、B、C三相從1檔到7檔畸變明顯，縱差不均勻（如圖1、圖2所示），可能存在分接開關(guān)各分接點及極性接點接觸不良的問題。但評估報告中并未對此進行比較分析評估。

所以評估角度要全面且立體化，電試數(shù)據(jù)就要不僅與規(guī)程規(guī)定相比較，還要與同型號電力變壓器、相同運行環(huán)境下的電力變壓器進行橫向比較，與同一電力變壓器的出廠資料、歷次試驗數(shù)據(jù)間進行縱向比較。此外，還要結(jié)合診斷試驗數(shù)據(jù)、巡檢數(shù)據(jù)、維修數(shù)據(jù)進行全面綜合評估，從而確定電力變壓器整體運行趨勢。

4.3 評估時機有待改進

變壓器狀態(tài)評估時機也很重要。良好的評估時機，可以及時發(fā)現(xiàn)變壓器性能劣化趨勢，盡早采取預(yù)防性措施，使降低變壓器運行風(fēng)險及維修成本成為可能。本此評估主要是為兩臺主變的升級改造提供技術(shù)依據(jù)，所以臨時收集了一些相關(guān)數(shù)據(jù)，很難做到全面。變壓器狀態(tài)評估應(yīng)重在預(yù)防、重在平時。故建議在每次電試前可以對變壓器狀況開展一次評估，以便在電試項目的安排上，除常規(guī)試驗項目外，有針對性地提出一些電試規(guī)范中要求在必要時進行的項目，以期及時掌握變壓器的運行狀態(tài)。

5 結(jié)束語

變壓器狀態(tài)評估是一項長期、動態(tài)的工作，要形成一套較完整的評估機制，從電氣試驗、運行情況、經(jīng)濟性不同角度進行分析評估。在電試數(shù)據(jù)分析方面又要加強基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的完善、不斷優(yōu)化改進評估方法，掌握好評估時機，最終達到提升變壓器運行可靠性，降低維修成本，經(jīng)濟運行的目的。

參考文獻：

[1]咸日常.電力變壓器運行與維修[M].北京：中國電力出版社，2014.

[2]單文培，王兵，齊玲.電氣設(shè)備試驗及故障處理實例（第二版）[M].北京：中國水力水電出版社，2012.

[3]DL/T 596-2005.電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程[S].

[4]GB/T 13462-2008.電力變壓器經(jīng)濟運行[S].