变压器使用寿命研究与运维策略

  • 投稿刘嘉
  • 更新时间2015-09-29
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王植

(广东电网有限责任公司东莞供电局,广东 东莞 523000)

摘要:介绍国内变压器寿命现状,分析影响变压器使用寿命的主要因素,据此提出延长变压器使用寿命的技术要求及运维措施,并为未来变压器使用寿命的研究指明方向。

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关键词 :变压器;使用寿命;影响因素;运维措施

0引言

变压器是电网中的必要设备之一,也是变电站内重要的设备,其使用寿命倍受关注[1]。据不完全统计,国内电力变压器的平均使用寿命为20年左右(表1),而发达国家变压器使用寿命一般都超过40年。可以说,在变压器使用寿命上,国内的变压器还存在很大的提升空间。因此,分析影响变压器使用寿命的主要因素,据此科学进行变压器运行监督,能提高变压器安全运行水平,这对延长变压器的寿命周期、提高经济运行效益有着十分重要的意义[2]。

1变压器使用寿命的主要影响因素

影响变压器使用寿命的主要因素有:热因素、机械因素、电气因素和运行维护水平因素。

1.1热因素

油纸绝缘无法更换,温度升高,油纸绝缘老化速度加快,绝缘纸聚合度下降、脆化,在振动和外部短路冲击下可能造成匝间短路;对于非热改性纸,温度每升高6 ℃,老化速度就加倍,其绝缘相对老化率v与温度θ关系式为:

v=2θ-986(1)

根据式(1)可知,当变压器温度超过98 ℃时,即变压器过负荷运行后,其寿命损失增长很快(图1)。

按照GB1094.7,其热点温升78 K与平均温升65 K相对应,热点温度θh的定义为[3]:

θh=98K=20K+65K+13K

(2)

1.2机械因素

变压器运行过程中出口或近区发生突发短路,大电流产生的电动力将导致绝缘位移、绕组变形,损坏变压器。

1.3电气因素

变压器绝缘内部的缺陷处存在局部放电,长期局部放电可慢慢损坏绝缘,最终导致整个绝缘击穿。

1.4运行维护水平因素

运行维护水平的高低也会影响变压器寿命。在变压器实际运行中,主要包括变压器定期维护、状态监测、负荷调整等因素。

2延长使用寿命的技术要求

2.1温升

结合近几年110 kV以上变压器温升型式试验的统计,变压器温升型式试验中必须测量绕组的热点温升[4],且热点温升值必须小于75 K;建议顶层油温升小于50 K,绕组平均温升小于60 K。

2.2抗短路能力

提高变压器抗短路能力主要可以通过以下几种方式:变压器抗短路能力校验;器身干燥紧固完成后应复测线圈高度偏差;保留变压器出厂和投产前频响法和低电压短路阻抗测试的原始数据;在运行过程中采取措施减小近区或出口短路。

2.3局部放电

在局放试验电压下变压器局部放电要求:220 kV、500 kV三绕组变压器高、中压绕组不大于100 pC;220 kV双绕组变压器高压绕组不大于100 pC;110 kV变压器不大于300 pC。

2.4分接开关

因为无励磁分接开关操作不频繁,主要针对有载分接开关。参照国内外分接开关电气寿命和机械寿命以及目前的设计制造水平,油中灭弧式分接开关电气寿命和机械寿命相对较长,而真空式有载分接开关则因其真空度寿命无法保证。

2.5套管

影响套管寿命的主要因素有热老化、密封不良、绝缘缺陷和末屏接地不良,由于温升不是制约套管寿命的主要因素,合理采用密封结构和高质量的密封材料是关键;另外考虑将介质损耗不大于0.4%、局放量不大于5 pC作为出厂控制值。

2.6变压器油

在变压器整个寿命周期内,一般无需更换变压器油,只需适时对变压器油进行处理,就可使变压器油的各项性能指标满足运行要求。当某些指标不合格时须采取相应的处理措施,如真空滤油、脱气、油再生、吸附处理等。

3变压器运维措施要求

3.1防止变压器绝缘事故

新安装和大修应严格按照有关要求进行抽真空、真空注油和热油循环;对于分体运输、现场组装的变压器有条件时宜进行真空煤油气相干燥;110 kV及以上变压器安装后应进行现场局放试验并抽样进行空载、负载损耗试验;220 kV及以上电压等级变压器吊罩后,应进行现场局部放电试验。

套管将军帽、升高座及其连管等处,储油柜顶部应检查密封性,运行巡视时应特别注意变压器冷却器潜油泵负压区出现的渗漏油。

3.2防止变压器出口短路事故

首先应加强变压器选型、定货、验收及投运的全过程管理;其次,变压器在制造阶段的质量抽检工作中,应进行电磁线抽检以及抽样进行突发短路试验的验证;采取防止近区或出口短路的措施,如低压母线绝缘化,变电站出口2 km内的10 kV线路可考虑采用绝缘导线;全电缆线路不应采用重合闸,对于含电缆的混合线路应有防止变压器连续遭受短路冲击的措施。

3.3防止变压器保护事故

有以下几个方面:新安装的气体继电器必须经校验合格后方可使用,瓦斯保护投运前必须对信号跳闸回路进行保护试验;变压器本体保护宜采用就地跳闸方式;变压器本体、有载分接开关的重瓦斯保护应投跳闸;气体继电器要定期校验;压力释放阀在交接和大修时应进行校验。

3.4防止分接开关事故

(1) 无励磁分接开关:改变分接后必须测量使用分接的直流电阻和变比;安装和检修时应检查分接开关的弹簧状况、触头表面镀层及接触情况、分接引线是否断裂及紧固件是否松动。

(2) 有载分接开关:安装时进行调试检查,对切换程序与时间进行测试,特别注意分接引线距离和固定状况、动静触头间的接触情况和操作机构指示位置的正确性。当其动作次数或运行时间达到制造厂规定值时,应进行检修、试验。

3.5防止变压器套管事故

检修时当套管水平存放、安装就位后,带电前必须进行静放,500 kV套管静放时间应大于36 h,110 kV、220 kV套管应大于24 h;对于110 kV及以上套管备品,应竖直放置。如套管的伞裙间距低于规定标准,应采取加硅橡胶伞裙套等措施,防止污秽闪络。

正常巡视应检查记录套管油位情况,并加强套管末屏接地运行维护管理。

4未来变压器使用寿命的研究课题

对于延长变压器使用寿命,未来研究的技术方向主要有:

(1) 变压器状态参量的检测。主要包括聚合度、糠醛的测量准确性以及基于油纸绝缘系统的介电响应特性[5],结合变压器负荷率来评估变压器油纸绝缘老化情况的方法。

(2) 变压器寿命评估技术。主要通过多种参量的综合,各参量乘以相应权重,得到综合老化指数,以此评估变压器的老化状况。

(3) 变压器负荷优化分配技术。分析电网内重要变压器的老化状态,并以此为基础改变电网运行方式,合理分配变压器负荷,延长运行寿命。

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参考文献

[1]张雷,王秀春.油浸式电力变压器寿命问题的研究[J].变压器,2012,49(11):40-41.

[2]谢文景.变压器绝缘老化分析及其寿命管理[J].广东电力,2001,14(4):15-17.

[3]李金辉,李洁.影响变压器本体寿命的因素[J].电气制造,2012(2):76-77.

[4]Aubin J,Baehr,et al.变压器寿命评估[J].电力建设,1996,17(5):55-58.

[5]武坤,刘宏亮,杜大全,等.油浸式电力变压器老化状态评估方法[J].河北电力技术,2011,30(1):37-39.

收稿日期:2015-08-14

作者简介:王植(1987—),男,广东东莞人,助理工程师,主要从事高压试验与技术研究工作。