变压器寿命预测

4.10　变压器寿命预测

变压器在正常运行过程中由于绝缘逐渐老化、失效并导致寿命终止。变压器的寿命决定于绝缘纸板绝缘的寿命，由于绝缘纸老化劣变和绝缘油氧化分解都会产生特征气体CO和CO₂，故无法通过分析油中气体的气相色谱来判断绝缘老化程度。因此，目前趋向于另一种判别方式，由于纸板机械强度的下降首先是其老化的反映，可用n作为老化的判据，即通过测定纸板的平均聚合度n来推测其剩余寿命^［26］。日本电力发展公司^［20］提出以n来估算剩余寿命的回归方程，公式如下：

式中：L为年数；r为常数；n₀为平均聚合度初始值，取2　000或1　100；n_R为绕组上最高温度点的平均聚合度的估计值。平均聚合度n_R与寿命成反比，n_R越小，则运行时间越长。对变压器的平均聚合度的临界值取500，对其他重要设备可取更低值。当平均聚合度取500时，剩余的伸长率为50%，断裂强度为50%，弯曲破裂为10%，抗拉强度为70%。

通过测定聚合度来确定绝缘老化是一种较为可靠的手段，其局限性是必须停电、吊罩，获取纸样，这可以在大修时测定。具体办法是实测变压器绕组最高温度点的平均聚合度及其90%的置信区间，与临界值进行比较，利用已运行的年份和式（4－14）即可估算其剩余寿命。

当绝缘纸老化时，其中纤维素大分子解聚，形成一种主要氧杂环化合物糠醛，它溶解于变压器油后，利用高效液相色谱仪可以定量测出其含量。从而通过对糠醛含量测定即可判断变压器的老化程度，比直接测定平均聚合度法要简单。

中国电力科学研究院［51］做了变压器油纸绝缘系统的热老化模拟实验，得到如下关系式：

lgF＝1.51－0.0035n　　　　　　　　　　　　　　　（4－15）

式中：平均聚合度为n；油中糠醛含量均值为F（mg/L）。R表示n与lgF间的线性相关程度，其值在0～1之间，相关系数R可通过回归分析计算。R＝0为完全不相关，R＝1为完全相关。取R＝0.965　7，则n与lgF线性关系较好。例如将4mg/L代入，得到n为259，则可近似推测变压器处于寿命晚期；将0.5mg/L代入式中，得到n为517，则可判定变压器的整体绝缘水平处于寿命中期。

为寻找绝缘老化F和运行时间t之间的统计关系，实测了77台（电压等级为110～500 kV，容量为10～360MVA）电厂升压变压器的油中糠醛含量，得到经回归分析后的方程如下：

lgF＝－1.83－0.085t　　　　　　　　　　　　　　（4－16）

或

F＝exp（－4.21＋0.13t）　　　　　　　　　　　　（4－17）

式中：相关系数R＝0.707　5，设备运行时间为t（a），lgF和t之间有较好的线性关系。以实测值F_i（糠醛含量）作为样本，利用式（4－16）可计算其剩余标准差b＝1.294　5，以F_i作其正态分布，计算99%的置信区间，得到代表上、下限的两个线性方程，其一为

lgF₁＝－1.29＋0.058t　　　　　　　　　　　　　　（4－18）

或

F₁＝exp（－2.97＋0.13t）　　　　　　　　　　　　（4－19）

其二为

lgF₂＝－2.37＋0.058t　　　　　　　　　　　　　　（4－20）

或

F₂＝exp（－5.45＋0.13t）　　　　　　　　　　　　（4－21）

如图4－27所示，这批变压器的油中糠醛含量的实测值基本包括在F₁，F₂这两条直线之间，我们把变压器的正常老化区定义在［F₁，F₂］区域，非正常老化区为［F₁，∞］区域，缓和老化区为［0，F₂］区域。在实测的77台升压主变压器中，11台（占14.3%）处于非正常老化区；55台（占71.4%）处于正常老化区；11台（占14.3%）处于缓慢老化区；又对212台110～500kV的变电站变压器油中糠醛含量进行实测，将得到的数据和式（4－18）及式（4－20）进行比较，发现其中21台（占10%）处于非正常老化区；121台（占57%）位于正常老化区；70台（占33%）位于缓慢老化区。由于变电站变压器的平均负荷较低，表现在其实测值分布于电厂升压变压器各老化区域的偏下方，故其绝缘老化速度比电厂的升压变压器低。

图4－27　运行时间与变压器油中糠醛含量的关系

因此，我们可从式（4－18）和（4－20）近似估计变压器绝缘的老化速度，同时，按式（4－14），可根据平均聚合度的数值来判断绝缘老化程度，把两者结合起来可近似预测变压器的剩余寿命。这里将n的临界值设定为250，认为此时纸绝缘已经低于临界值，极易导致故障，则应考虑更新变压器。