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摘要：在电力行业为了保证变压器的正常运行，要准确的评估电力变压器的老化速度以及剩余寿命，本文以变压器绝缘老化机理为基础原理，并参考了近年国内外相关的研究，对油浸式变压器的老化以及寿命评估进行了深入的分析和研究，以供同仁参考。
关键词：油浸式变压器；老化；寿命评估
经济的发展促进了电力行业的发展，目前在我国伴随着电网装机容量的迅速增长，电力行业对于供电的安全以及可靠性有了越来越高的要求。变压器是核电站电力输出的重大、关键设备之一。目前我国核电站主变主要使用的是超高压、大容量的油浸式大型电力变压器。油浸式电力变压器的一般设计寿命为30 年，实际运行寿命一 般为20～40 年，在实际工作中，油浸式变压器的安全运行以及使用寿命都是由变压器的绝缘老化程度所直接影响并决定的，一般的，变压器油在变压器正常工作运行中可以进行再生或更换，所以油浸式变压器的老化以及使用寿命主要是取决于绝缘纸板以及实际的使用状况。因此要评估和预 测主变的设计寿期以延长设计寿期内能否安全、可靠 运行，首先要对它的老化与寿命状态进行实时的监测与评估，这样能够保证变压器的正常运行。
一、变压器老化寿命评估的意义
电力工业的迅猛发展对电力系统的安全运行以及供电可靠性提出了更高的要求。电力系统中最重要的就是电力变压器的运行，可以说它是系统运行的关键，它的运行状况直接关系到系统能否安全运行，它是电网中能量转换、传输的核心，在电力系统中处于极其重要的地位。一旦大型的电力变压器在正常运行时发生事故，可能会导致大面积停电，其检修期一般也需要半年左右。因此，由于电力变压器自身的昂贵造价以及其在电力系统中的重要地位，其发生事故所带来的直接间接损失将是非常巨大的。变压器作为输变电系统中最关键和昂贵设备，其运行安全可靠性对于用户来说是非常重要的。目前世界上有很多变压器已经运行到了其设计寿命终点，而且要更换的成本是非常昂贵，但其中也有一些变压器本身状况却非常好并且可以继续运行很多年，因此判断变压器老化状况并以次对变压器寿命进行评估将会对电力部门起到非常关键作用。
根据国内外电力行业的运行经验，电压等级越高、容量越大，电力变压器的故障率一般也就越高，并且修复时间也就越长。所以，保证变压器的安全运行对电力系统具有非常重大的意义。目前使用最广泛的电力变压器分为油浸式变压器以及干式树脂变压器两种，其中油浸式变压器占电力系统中运行的变压器大多数。电力变压器的绝缘系统的安全可靠，是变压器正常工作运行的基本条件，绝缘材料的寿命对变压器的使用寿命起决定作用。
二、油浸式变压器的老化方式及评估方法
在变压器运行一段时间后，在运行过程中由于电场，水分，温度以及机械力等诸多的外界作用会加速变压器绝缘体的老化速度，目前我国的变压器绝缘材料的聚合度是判断变压器绝缘老化程度的最重要依据。在实际工作中，在实际工作中主要是以绝缘纸板的平均聚合度为标准来判断变压器老化程度，目前我们采用的是以下标准：
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1）寿命级的指标 当变压器的外部发生短路现象时，绝缘纸的承受拉伸强度会有所降低，直至初始值的 60%；而危险级是指变压器的最大拉伸强度降低至初始值的15%。
2）绝缘纸纤维的 DP 失效概率具体标准如下：
①DP≥450，失效概率 =0；②450 > DP≥250，失效概率 =（450 - DP）/ 200；③250 > DP，失效概率 =1。
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3）用平均 DP 估算变压器的剩余寿命即nL/ n0=（1 - r）L，其中 n0为平均 DP 起始值；nL为L后的平均 DP；L为年数，a；r 是平均 DP 下降率。
三、固体绝缘结构以及其老化机理
油浸式变压器的固体绝缘纸属于纤维素绝缘材料，实际应用的绝缘材料主要是由９０％的Ｑ纤维素以及１０％的半纤维素，再加之少量的木质素等材料所共同构成的。这其中纤维素是由２０００左右的葡萄糖单体所组成的长链状高聚物，它的结构大约是７０％的结晶部分以及３０％ 的无定型部分；材料中的半纤维素是葡萄糖单体低于２００的聚合物，它的组成因素主要是氢键以及纤维素纤维的结合体，为多糖构成，而这种成分对于变压器的机械强度有很大的影响。木质素是较为复杂的酚类聚合物，它的分子量大约为１１０００，主要是由肉桂醇立体聚合而成，其具体结构因 来源不同而各异。在实际情况中一旦葡萄糖单体聚合物的聚合度值低于２００，就会影响机械的正常运行，难以达到电气绝缘强度的实际要求，因此极度老化导致绝缘纸寿命终止的聚合度应约为１５０～２００。绝缘纸化过程中，其聚合度和抗拉强度将逐渐降低，并生成水分、ＣＯ、Ｃ０２、氢气等特征气体，以及糠醛等特征老化产物，从而降低体积电阻率以及抗拉强度，导致介损增大。
在实际工作中，固体纸绝缘会发生不同程度的不可逆转的老化，就会直接影响机械和以及电气强度的运行，的降低都是不可恢复的。变压器的使用寿命主要取决于绝缘材料的寿命，因此油浸变压器的固体绝缘材料，既应该具有良好的电气绝缘性能和机械强度，并且应该在长时间运行过程中，这些性能保持较慢的下降速度，即具有良好的老化特性。
四、油浸式变压器结构材料的老化特性与可维修性
大型电力变压器普遍采用油纸绝缘结构，而固体绝缘具有不可恢复的老化特性，其性能状态对变压器的运行寿命及维护策略有着决定性的影响。
机械设备及机械零件在有形老化的影响下，会出现明显的机械故障。根据机械设备的使用与维修特点，总结机械故障的基本规律，分析机械故障的基本特性，有利于正确选择机械设备的维修方式。
目前，油纸绝缘结构在大型电力变压器的设计和生产中得到了普遍的应用，在运行过程中一直受到电、热、机械及化学等应力的作用，性能不断劣化，容易引发非计划性停电甚至灾难性的事故。绝缘油可以在变压器服役期间通过滤油或更换的方式来改善其绝缘性能，而变压器纸板具有不可逆转的老化特性，因此变压器的寿命很大程度上取决于绝缘纸板等固体绝缘材料的电气和机械性能。
目前变压器的绝缘主要是利用油纸进行绝缘，也就是将绝缘纸浸渍绝缘油，这样就能消除绝缘纸纤维之间的气隙，能够有效的提高绝缘的电气强度。电力变压器绝缘纸常采用电力电缆纸、高压电缆纸和变压器匝绝缘纸，变压器及其他电器产品的绝缘；高压电缆纸一般用于110～330 kV变压器和互感器的绝缘；变压器匝绝缘纸是性能更好的一种电气绝缘纸，可用于500 kV 的变压器、互感器和电抗器。
结束语
变压器是电力系统中中最为关键与昂贵的电力设备，它的安全运行对于整个电力系统的稳定运行有重要的意义。在实际情况下，由于不同的负荷以及实际运行条件，会导致电力变压器的绝缘出现各种各样的老化现象，最终影响其实际寿命。因此研究变压器绝缘老化的监测与分析方法，以准确评估变压器的运行寿命，对发展电力设备的状态维修策略以及保证电力系统的安全、可靠与稳定运行，具有非常重要的应用价值和现实意义。
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论文作者:马众1,孟凡铮2
论文发表刊物:《基层建设》2015年15期供稿
论文发表时间:2015/12/28
标签：变压器论文; 寿命论文; 电力变压器论文; 绝缘材料论文; 电力系统论文; 固体论文; 纤维素论文; 《基层建设》2015年15期供稿论文;