摘要：目前国内没有一套正规的检测手段，能够检测出运行时间20年以上的大型电力变压器的运行寿命，一直以来，大部分厂家和研究人员都是采用根据变压器绝缘材料的“绝缘寿命"来预测评估变压器的运行寿命。然而绝缘寿命显然不等于变压器的铭牌寿命，对于变压器寿命的预测评估，一般同时采用多种检测手段，根据大量试验数据和相关运行信息，再由相关专家进行综合评估，最后得出变压器的剩余使用寿命。检测变压器绝缘材料的老化程度，就是变压器可靠性的检测，根据试验结果来预测、推算变压器剩余使用寿命，实际上它是一种概率统计的应用技术，同时也是一种被证明很有价值的应有技术，通过它使技术人员和操作人员对运行20年以上变压器的管理作出更准确的判断，减少因为误判而造成重大事故和经济损失。
在这样的形式背景下，本文就绝缘老化问题对变压器的寿命管理影响进行一番论述，为相关人员对变压器的管理工作提供一些可参考的建议。
关键词：绝缘老化；变压器寿命管理；液相色谱分析
1、造成变压器绝缘老化的因素
据有关维修部门对各种变压器绝缘故障的剖析和统计研究得知，影响变压器运行状态和寿命的失效故障现象90％以上属于绝缘老化问题。在绝缘老化上，当变压器的绝缘材料受到热、环境温度以及磁场强烈变化等因素的影响而大于正常老化，那么绝缘老化会随之而增大，预期寿命也会跟着缩短，在现实的使用环境中，由于变压器一般处于运行状态，加上环境的经常性变化以及电流、磁场的强烈变化等影响，变压器的绝缘老化一般比额定的速度快，这也直接导致使用寿命大大的缩短。
在变压器中，绝缘材料不仅仅起到绝缘的作用，还起到散热、固定、保护、防潮等作用，是变压器的重要组成部分。变压器绝缘材料的使用环境复杂，绝缘材料的使用寿命受很多因素的影响（温度、湿度、电场），所以绝缘材料相比于其他材料更容易老化、破损。除去环境对绝缘材料的影响，绝缘材料自身的结构、特征、工艺技术等条件对老化速度也会有不同程度的影响。而且，绝缘材料不光会在电的作用下发生老化，还会因为受潮而加速老化。造成绝缘材料老化的原因主要包括电作用、机械力作用以及环境湿度的影响。
影响变压器绝缘老化问题的因素首先就是磁场，根据相关的物理知识我们可以知道：变压器的磁场分为主磁通的磁场和漏磁通的磁场，在传递电能的过程中不可避免的会产生由于导体的几何尺寸和漏磁场的大小与分布会引起涡流损耗，外界温度、天气以及湿度等原因使其漏磁场分布不均匀从而导致变压器局部过热产生的损耗以及杂质带来的磁场损耗。
其次是机械场带来的损耗：由于变压器并非静态的设备，存在动态的器件，因此在运行的过程中不可避免的存在磨损甚至是会产生错位，这些机械力都会在不同程度上造成变压器的绝缘损耗，产生局部放电，从而带来老化问题。热效应也是影响变压器绝缘老化的一个重大因素，我们都知道，变压器的绝缘材料在使用的过程中必须在额定的温度之下才能得到较好的利用，如果一旦温度超过了其额定温度，那么就容易产生热效应，即变压器的的绝缘材料在超过一定的温度限度后，其热量聚集导致性能受到较大的影响，
最后使得材料的热阻在长时间的高于额定温度情况下而发生变化最终使得绝缘老化加快。除此之外，电场变化、绝缘材料在光：氧、辐射和酸碱等因素的作用卞而引起的污染性化学反应，而其中最主要的因素是阳光中的紫外线。对变压器的寿命都有着较大的影响。所有这些损耗即铁损都可能引起变压器绝缘的老化或损坏，成为运行故障的根源。
2、变压器绝缘材料老化的几种检测方法
通常说的油浸式变压器绝缘老化是指变压器油老化和固体绝缘材料老化。可以通过真空滤油、更换新油的方法来解决变压器油老化问题，固体绝缘老化就很难检测和处理，所以影响变压器寿命的主要因素是固体绝缘的老化程度。变压器固体绝缘由纤维材料（包括纸板、层压木等固体绝缘材料）构成，现在随着科技的发展，能够进行在线变压器的内部监测，可以根据在线监测结果，分析得出变压器的绝缘老化程度。现在比较常用的有以下三个监测方法：一是高性能液相色谱分析（HPLC）用于分析固体绝缘的老化程度；二是绝缘纸聚合度（DP）检测固体绝缘的分解成分；三是对介质损耗因数ta n δ的分析，可分析出固体绝缘的老化程度和是否有裂解的可能。通过上面几种监测手段，极大地提高了变压器绝缘材料老化判断的准确度，对变压器运行状态及寿命能够给出合理正确的结论，得到了广大用户的广泛认可，现在已经越来越多的应用在电网及电厂等项目中。
2.1高性能液相色谱分析（HPLC）
高性能液相色谱分析技术主要是检测变压器油中溶解的糠醛（C 5H 5O 2）含量（Furan），根据糠醛含量的多少来判断变压器固体绝缘的老化状态程度
由于糠醛是绝缘材料在热老化过程中分解产生的特殊产物，所以它的含量多少成为判断变压器绝缘材料老化程度的有力依据，从目前来看它的应用范围很广。根据试验证明，如果变压器油中糠醛含量达到 0.5mg / L时，变压器的整体绝缘老化程度处于正常水平；当变压器油中糠醛含量达到1～2 mg / L时，说明变压器的绝缘材料出现严重老化现象，变压器需要停止运行，进行检修或其他处理；当变压器油中糠醛含量达到或超过4 mg / L时，说明本台变压器已经报废，应立即退出运行，继续运行会发生各种事故，造成不必要的损失。糠醛的含量检测运用液相色谱检测法。检测用器件可选择可见波长扫描紫外检测器。相关数据分析为：以甲醇与水的混合液（6：4）作为流动相，将体积流量控制在1 . 1/ min左右，检测波长为275nm进样量具体为准。
油浸式变压器绝缘纸聚合度反映固体绝缘老化程度，油中糠醛浓度可反映纸的聚合度。测定油中糠醛含量及变化率，能反映固体绝缘老化状态及老化速率。影响变压器油中糠醛浓度的因素较多，实际诊断时还缺乏一致认可的权威诊断标准：。变压器在一定的运行年限内，油中糠醛浓度达到了表中所规定相应值时，应引起注意，并追踪分析，考察产生速率。在糠醛测试值接近4mg/L时，则绝缘老化已相当严重。有关油中糠醛含量与变压器绝缘寿命的关系，可按数据来进行考核。也有文献指出，当油中糠醛浓度达到4mg/L时，即表明变压器绝缘已寿命终止。老化诊断时，仅以某一个判据作为标准显然是不科学的。要对糠醛数据作常用对数变换和逐步截除少数固体绝缘严重老化的高糠醛浓度数据，得到的剩余样本符合正态分布。仅从油中糠醛含量本身的统计分布来看，在油中糠醛浓度达到0.75m L 左右时，变压器绝缘已深度老化，浓度达到2.80m L 左右时，变压器绝缘老化已非常严重，不宜继续运行。
2.2绝缘纸聚合度（DP）的检测
对变压器绝缘材料聚合度的检测是绝缘材料老化程度最有效、准确、可靠的手段之一，具体的方法是：先对变压器绝缘材料进行取样，将绝缘材料中的残油、异物及其它填充剂清理干净，然后进行粉碎、消化，将其溶解在乙酸乙脂溶剂中，利用乌别洛得粘度计测定纸溶液的粘度，根据检测结果求得绝缘材料的聚合度。
2.3介质损耗因数的分析
变压器在线检测介质损耗因数是目前使用较多、对判断绝缘老化状况非常有效的手段之一。目前来看国内一般使用在工作电压下测量绝缘材料的介质损耗因数值，采用电桥法，以配套的标准电容分压器。
2.4固体绝缘老化的综合诊断
变压器固体绝缘的状况可分为：绝缘正常，即绝缘无明显老化；热故障或电故障涉及固体绝缘的局部老化；非故障整体绝缘正常老化，包括由于变压器绝缘结构、铁心用材及其结构的不良，长期重负荷，以及绝缘受潮等原因造成的加速整体绝缘老化的情况。综合诊断的目的是判明绝缘处于何种状况。在变压器日常维护中，能够方便获取绝缘老化状态的信息主要是油中 CO、C02和糠醛的含量，绝缘纸/板聚合度虽然可直接、有效地反映绝缘老化状态，但一般不易采样测定。值得注意的是，所有诊断方法都存在目前尚难以克服的局限性，其诸多判据需要在应用中积累经验，补充完善。就目前诊断技术水平而言，仅由一种诊断方法或某一个判据，很难对绝缘老化状态作出准确的诊断，应结合各方面的信息进行综合诊断。
3.如何提高变压器的使用寿命
变压器的寿命管理是指在经济成本一定的前提下，保障变压器正常而又安全的运行基础上，通过通过行之有效的科学技术、方法和手段来延长其使用寿命。变压器的绝缘老化，是使变压器逐渐丧失原有的机械性能和绝缘性能在运行中产生的电磁振动和电动力从而使变压器容易损坏的一种现象。两者可谓是相辅相成，有着必然的因果联系。在这样的背景下，如何通过科学的运行监督来规避变压器在绝缘老化中的问题，延缓变压器材料的绝缘老化，对延长变压器运行寿命周期，提高经济运行效益有十分重要的意义。
3.1定期对变压器检查
变压器绝缘件的老化问题是不可避免的，但是要想延长变压器的使用寿命并非不可为的。对于环境温度、湿度、地震等自然条件对于变压器的影响，我们只能在发生后进行及时的处理，我们能做的就是定期对变压器进行检查，在变压器绝缘件出现问题前提前进行更换，这样才能避免一些电力故障的出现。对于磁场、电场、机械场以及热等因素，我们则可以从根源上人手进行合理的规避：电流尽量保持稳定，使用温度注意不要超过额定范围等等。
3.2从绝缘材料上突破
加强变压器绝缘老化问题的技术层面的研究，从根本上突破绝缘老化的现有水平，提高变压器的使用水平。要想做到这一点，那么进行必要的试验和研发势在必行，这需要我们投人足够的人力、物力和财力，模拟在不同温度、不同强度磁场以及不同电场下的绝缘老化速度，分析探究出绝缘老化在各种影响因素以及综合影响的情况下的寿命周期，根据试验数据提出可行性的解决方案，从而找到解决绝缘老化问题的根本之道。
3.3加强对变压器的管理
变压器的寿命管理主要点还是管理上面，在当下关于变压器绝缘老化问题解决的技术没能取得突破的情况下，我们唯一能够做到的就是如何在管理上下足功夫，从而使得变压器的使用寿命能够得到有效的延长，当然这一切都需要建立在安全、合理的使用变压器的基础之上。具体的措施和途径是通过定期的检修维护甚至是建立有效的实时监控系统对电网中的各个变压器进行集中控制、实时监控等等。
结语
通过对变压器绝缘材料老化问题的相关研究，我们可以发现，该项工作的顺利开展有赖于对多项影响因素的掌控，有关人员应该从变压器实际应用的客观情况出发，在分析既有优势的同时，研究制定最为符合实际的绝缘材料老化问题解决方案。变压器寿命管理与变压器绝缘老化紧密相联，变压器的寿命周期在未来一定能够得到质的飞跃，变压器的绝缘老化问题一定能够得到有效的解决，变压器的寿命周期一定能够得到一个大幅度的提升，其寿命管理也一定能够更为常态化、合理化和智能化。
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作者简介：徐小博，男，1990年，本科，初级工程师。主要从事材料科学与应用，高压绝缘性能方面的研究。
论文作者:徐小博
论文发表刊物:《电力设备》2019年第11期
论文发表时间:2019/10/18
标签：变压器论文; 绝缘材料论文; 糠醛论文; 寿命论文; 固体论文; 磁场论文; 含量论文; 《电力设备》2019年第11期论文;