4.10　變壓器壽命預(yù)測

變壓器在正常運(yùn)行過程中由于絕緣逐漸老化、失效并導(dǎo)致壽命終止。變壓器的壽命決定于絕緣紙板絕緣的壽命，由于絕緣紙老化劣變和絕緣油氧化分解都會(huì)產(chǎn)生特征氣體CO和CO₂，故無法通過分析油中氣體的氣相色譜來判斷絕緣老化程度。因此，目前趨向于另一種判別方式，由于紙板機(jī)械強(qiáng)度的下降首先是其老化的反映，可用n作為老化的判據(jù)，即通過測定紙板的平均聚合度n來推測其剩余壽命^［26］。日本電力發(fā)展公司^［20］提出以n來估算剩余壽命的回歸方程，公式如下：

式中：L為年數(shù)；r為常數(shù)；n₀為平均聚合度初始值，取2　000或1　100；n_R為繞組上最高溫度點(diǎn)的平均聚合度的估計(jì)值。平均聚合度n_R與壽命成反比，n_R越小，則運(yùn)行時(shí)間越長。對變壓器的平均聚合度的臨界值取500，對其他重要設(shè)備可取更低值。當(dāng)平均聚合度取500時(shí)，剩余的伸長率為50%，斷裂強(qiáng)度為50%，彎曲破裂為10%，抗拉強(qiáng)度為70%。

通過測定聚合度來確定絕緣老化是一種較為可靠的手段，其局限性是必須停電、吊罩，獲取紙樣，這可以在大修時(shí)測定。具體辦法是實(shí)測變壓器繞組最高溫度點(diǎn)的平均聚合度及其90%的置信區(qū)間，與臨界值進(jìn)行比較，利用已運(yùn)行的年份和式（4－14）即可估算其剩余壽命。

當(dāng)絕緣紙老化時(shí)，其中纖維素大分子解聚，形成一種主要氧雜環(huán)化合物糠醛，它溶解于變壓器油后，利用高效液相色譜儀可以定量測出其含量。從而通過對糠醛含量測定即可判斷變壓器的老化程度，比直接測定平均聚合度法要簡單。

中國電力科學(xué)研究院［51］做了變壓器油紙絕緣系統(tǒng)的熱老化模擬實(shí)驗(yàn)，得到如下關(guān)系式：

lgF＝1.51－0.0035n　　　　　　　　　　　　　　?。?－15）

式中：平均聚合度為n；油中糠醛含量均值為F（mg/L）。R表示n與lgF間的線性相關(guān)程度，其值在0～1之間，相關(guān)系數(shù)R可通過回歸分析計(jì)算。R＝0為完全不相關(guān)，R＝1為完全相關(guān)。取R＝0.965　7，則n與lgF線性關(guān)系較好。例如將4mg/L代入，得到n為259，則可近似推測變壓器處于壽命晚期；將0.5mg/L代入式中，得到n為517，則可判定變壓器的整體絕緣水平處于壽命中期。

為尋找絕緣老化F和運(yùn)行時(shí)間t之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，實(shí)測了77臺(tái)（電壓等級為110～500 kV，容量為10～360MVA）電廠升壓變壓器的油中糠醛含量，得到經(jīng)回歸分析后的方程如下：

lgF＝－1.83－0.085t　　　　　　　　　　　　　　（4－16）

或

F＝exp（－4.21＋0.13t）　　　　　　　　　　　?。?－17）

式中：相關(guān)系數(shù)R＝0.707　5，設(shè)備運(yùn)行時(shí)間為t（a），lgF和t之間有較好的線性關(guān)系。以實(shí)測值F_i（糠醛含量）作為樣本，利用式（4－16）可計(jì)算其剩余標(biāo)準(zhǔn)差b＝1.294　5，以F_i作其正態(tài)分布，計(jì)算99%的置信區(qū)間，得到代表上、下限的兩個(gè)線性方程，其一為

lgF₁＝－1.29＋0.058t　　　　　　　　　　　　　?。?－18）

或

F₁＝exp（－2.97＋0.13t）　　　　　　　　　　　?。?－19）

其二為

lgF₂＝－2.37＋0.058t　　　　　　　　　　　　　?。?－20）

或

F₂＝exp（－5.45＋0.13t）　　　　　　　　　　　?。?－21）

如圖4－27所示，這批變壓器的油中糠醛含量的實(shí)測值基本包括在F₁，F(xiàn)₂這兩條直線之間，我們把變壓器的正常老化區(qū)定義在［F₁，F(xiàn)₂］區(qū)域，非正常老化區(qū)為［F₁，∞］區(qū)域，緩和老化區(qū)為［0，F(xiàn)₂］區(qū)域。在實(shí)測的77臺(tái)升壓主變壓器中，11臺(tái)（占14.3%）處于非正常老化區(qū)；55臺(tái)（占71.4%）處于正常老化區(qū)；11臺(tái)（占14.3%）處于緩慢老化區(qū)；又對212臺(tái)110～500kV的變電站變壓器油中糠醛含量進(jìn)行實(shí)測，將得到的數(shù)據(jù)和式（4－18）及式（4－20）進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)其中21臺(tái)（占10%）處于非正常老化區(qū)；121臺(tái)（占57%）位于正常老化區(qū)；70臺(tái)（占33%）位于緩慢老化區(qū)。由于變電站變壓器的平均負(fù)荷較低，表現(xiàn)在其實(shí)測值分布于電廠升壓變壓器各老化區(qū)域的偏下方，故其絕緣老化速度比電廠的升壓變壓器低。

圖4－27　運(yùn)行時(shí)間與變壓器油中糠醛含量的關(guān)系

因此，我們可從式（4－18）和（4－20）近似估計(jì)變壓器絕緣的老化速度，同時(shí)，按式（4－14），可根據(jù)平均聚合度的數(shù)值來判斷絕緣老化程度，把兩者結(jié)合起來可近似預(yù)測變壓器的剩余壽命。這里將n的臨界值設(shè)定為250，認(rèn)為此時(shí)紙絕緣已經(jīng)低于臨界值，極易導(dǎo)致故障，則應(yīng)考慮更新變壓器。