發電廠變壓器運行維護策略研究與優化

徐淑營

（山西魯晉王曲發電有限責任公司，山西 長治 046000）

0 引 言

隨著電力行業的迅速發展和電網規模的不斷擴大，發電廠變壓器作為電力系統的核心組成部分，其運行狀態的穩定性與可靠性顯得尤為關鍵。然而，由于變壓器復雜的結構和高負荷運行環境，其長期以來頻繁出現的故障與問題已經引起了廣泛關注。為了確保電力系統的正常運行，提高變壓器的運行效率，研究發電廠變壓器運行維護策略并實現其優化顯得尤為緊迫。在過去的運行實踐中，傳統的維護方式主要依賴于定期巡檢和常規維護，然而這種方法往往難以滿足電力系統對高效運行的需求。隨著信息技術的飛速發展，大數據、人工智能以及物聯網等技術逐漸應用于電力系統運維領域，為發電廠變壓器的運行維護帶來了新的機遇與挑戰。因此，本研究旨在通過深入分析發電廠變壓器的運行特性，總結運行維護的歷史與現狀，結合先進的信息技術手段，提出一套科學、智能的運行維護策略，并通過優化實施，實現對發電廠變壓器運行狀態的全面監控。

1 發電廠變壓器的運行特性分析

1.1 變壓器結構與原理

發電廠變壓器作為電力系統的核心設備之一，其結構與原理直接影響著電能的傳輸和分配。一般而言，變壓器主要包括鐵芯、線圈以及絕緣油三大部分[1]。鐵芯的選擇直接關系到變壓器的性能，常采用硅鋼片制成，以降低鐵芯的磁導率，減小磁滯損耗。線圈則分為高壓線圈和低壓線圈，它們通過鐵芯的磁耦合實現電能的傳遞。絕緣油在變壓器中具有冷卻、絕緣和防腐等多重功能。

變壓器的工作原理基于電磁感應定律，高壓線圈的輸入電流在鐵芯中產生磁場，從而感應出低壓線圈中的電勢，實現電能的降壓或升壓。通過變壓器的設計可以實現不同的相數和變比，以滿足電網的各種需求。在運行過程中，變壓器的損耗主要包括鐵損和銅損，因此合理設計變壓器的結構和原理對于提高其運行效率至關重要。

1.2 運行環境與工況

變壓器作為電力系統的重要組成部分，其運行環境和工況對其性能與壽命有著直接的影響。變壓器通常安裝在戶外，受到氣候條件的直接影響，如溫度、濕度和鹽霧等，可能導致絕緣油的老化和凝結，進而影響絕緣性能。變壓器在運行過程中會面臨不同的工況，包括負載變化、短路電流、電壓波動等[2]。這些工況會引起變壓器內部溫度的波動，直接影響其絕緣系統的穩定性。

1.3 故障模式與典型問題

發電廠變壓器在長時間運行中常常會面臨各種故障模式和典型問題，這些問題的及時發現與有效處理對于確保電力系統的安全穩定運行至關重要。典型的故障模式包括絕緣老化、繞組短路、電暈放電以及過載引起的溫升等。

2 運行維護歷史與現狀

2.1 運行數據收集與分析

為了深入了解發電廠變壓器的運行狀態，本研究進行了全面的運行數據收集和詳盡的分析。發電廠變壓器在不同時間點的運行狀況如表1 所示。這些數據通過實時監測系統獲取，并經過精密的數據處理與分析，以揭示變壓器在實際運行中的性能特征。

表1 發電廠變壓器在不同時間點的運行狀況

這些數據模擬了在一天中不同時間段內，發電廠變壓器的運行狀態。溫度數據反映了變壓器的熱負荷情況，負載數據反映了變壓器承受的電力負荷大小，高壓繞組電流和低壓繞組電流則反映了電流的強度。從數據中可以觀察到，變壓器的運行溫度在不同時間段存在較大的波動，這可能與外部環境溫度的變化有關。負載的變化也對變壓器的運行狀態產生顯著影響，尤其是在高負載情況下，繞組電流明顯增加。這種變化可能會導致繞組溫升過大，對絕緣系統產生潛在風險。

2.2 常規維護實踐

發電廠變壓器的常規維護是確保其長期穩定運行的重要手段。常規維護包括定期巡檢、絕緣油檢測等多個方面。

定期巡檢是常規維護的基礎，通過對變壓器外觀和各部件進行目視檢查，可以及時發現可能存在的問題。檢查項目包括鐵芯是否有變形、線圈是否存在熱點、連接部分是否松動等。還應關注絕緣部分的狀態，檢查絕緣子、套管和繞組絕緣是否完好，以確保絕緣系統的正常運行。絕緣油檢測是常規維護中一項不可或缺的工作。通過定期對絕緣油的采樣與分析，可以了解變壓器內部的絕緣狀態。檢測指標包括顆粒物濃度、水分含量、溶解氣體含量等。高顆粒物濃度可能表明變壓器內部存在磨損或擊穿情況，水分過高可能導致絕緣性能下降。根據檢測結果，可以制定相應的維護計劃。

2.3 突發故障應急處理

突發故障應急處理是確保電力系統安全運行的緊急措施，對于發電廠變壓器而言尤為關鍵。針對變壓器繞組的短路故障，應迅速啟動保護系統，切斷故障部分，防止故障擴大。通過巡檢絕緣子、套管等部位，使用高頻局部放電檢測設備對絕緣狀態進行實時監測，以判斷短路故障的具體位置和程度。

3 運行維護策略優化

3.1 基于大數據的運行狀態監測

大數據技術的應用在電力系統運維中日益重要，其對發電廠變壓器運行狀態監測的優化具有顯著意義。通過采用傳感器網絡（圖1）實時采集變壓器的溫度、電流、電壓等數據，結合大數據分析算法，可以建立全面、動態的運行狀態監測模型[3]。這樣的模型能夠實時監測變壓器各項指標的變化趨勢，并通過數據挖掘技術識別潛在的異常情況。

圖1 傳感器網絡結構

例如，通過實時監測繞組溫度，可以預測絕緣老化的可能性，從而提前制定維護計劃。借助大數據技術，還可以對歷史運行數據進行深度學習分析，挖掘出潛在的運行規律。這為制定更為科學的維護計劃和提高維護效率提供了重要依據。通過大數據驅動的運行狀態監測，發電廠可以實現對變壓器運行狀況的全方位實時把握，為精準的維護決策提供有力支持。

3.2 預測性維護模型建立

在運用大數據技術的基礎上，建立預測性維護模型是一項關鍵的優化策略。通過對變壓器的歷史運行數據進行深度學習和模型訓練，可以構建出具有預測性能的維護模型。這樣的模型能夠預測變壓器未來可能發生的故障，為維護人員提供早期預警，從而采取相應的維護措施。

在建立預測性維護模型時，需要考慮多個因素，包括溫度、負載、濕度等。通過對這些因素的綜合分析，模型可以更準確地判斷變壓器的工作狀態。例如，模型可以通過對繞組溫度和負載的關聯性進行分析，提前發現可能引起溫升過高的因素，從而避免潛在的故障風險。

3.3 智能化設備健康管理

在運用大數據和預測性維護模型的基礎上，智能化設備健康管理成為運行維護的新趨勢。通過引入物聯網技術，將傳感器與變壓器連接，實現設備的實時監測和在線健康管理[4]。通過物聯網設備，可以實現對變壓器各個關鍵部位的實時監測，包括繞組、油溫、冷卻系統等。

智能化設備健康管理系統能夠自動收集和分析傳感器數據，實時評估設備的運行狀態，及時發現潛在故障跡象。例如，通過在線監測絕緣油中的溶解氣體含量，系統可以判斷絕緣系統是否存在異常，從而提前預警可能的故障。這種智能化的健康管理方式不僅提高了運維效率，還降低了突發故障的風險，為變壓器的長期穩定運行提供了有力支持。

3.4 基于風險評估的維護計劃制定

優化維護計劃的制定是運行維護策略優化的最后一環。通過綜合考慮變壓器運行狀態監測、預測性維護模型的結果以及設備健康管理的反饋，進行風險評估，制定更為精準的維護計劃[5]。風險評估主要基于歷史數據的分析，結合維護策略的實際效果，對不同維護方案的風險和收益進行綜合評價。

4 結 論

本研究深入探討了發電廠變壓器的運行維護策略，從結構原理、運行環境與工況、故障模式與典型問題入手，詳細分析了運行維護歷史與現狀，進而提出了一系列優化策略。通過運用大數據技術，建立了詳實的運行狀態監測模型，通過預測性維護模型實現了對潛在故障的提前識別。智能化設備健康管理系統的應用為實時監測與在線健康管理提供了先進工具。通過基于風險評估的維護計劃制定，實現了有限資源下的最優維護管理。綜合而言，本研究深化了對發電廠變壓器運行維護的理解，提出了一系列實用的優化策略，為確保電力系統的安全、穩定運行提供了有力支持。這些優化策略的綜合應用為電力系統的可靠性與穩定性提供了科學的手段和可行的方案。