电力变压器的运行可靠性评估及剩余寿命预测研究

摘要：经济的发展，促进社会对电力的需求也逐渐增加，这有效地推动了电力企业的发展。变压器是电力系统中不可缺失的电气设备，供配电过程中，一旦变压器的运行发生故障，不仅会对系统整体运行造成影响，还会对营运方造成较大的经济损失。因此，定期或有针对性的进行变压器维护，不仅可以提高其运行的可靠性，还可以提升变压设备的使用寿命。变压器在运行过程中所产生的故障大部分为潜伏性故障，为提高变压器运行可靠性，实现对其运行状态与健康状态的评估。本文就电力变压器的运行可靠性评估及剩余寿命预测展开探讨。

关键词：电力变压器；可靠性；寿命预测

引言

在整个电力系统中，最重要的就是干式变压器，其具有复杂、繁琐的安装工序，且对安装质量也有非常高的要求，一旦其中某个环节又或是某个细节出错，则难以确保整个变压器的安装质量，减缓安装进度。所以，必须引起重视的一个问题就是做好电力变压器的运行可靠性评估及剩余寿命预测工作。

1 发电厂电力变压器结构

发电厂主要有主变压器，将发电机出口电压调整至500kV输出；高厂变、高公变，将电压降至10kV或6kV，以及还有启备变与励磁变等。发电厂采用的变压器种类较多，如单相变压器、三相变压器、干式变压器、油浸式变压器、变频变压器等。虽然变压器的类型较多，但基本结构类似，以油浸式变压器为例，具体结构如下，（1）铁芯，主要结构为铁芯柱和铁轭，位于变压器磁路部分，使用钢片叠装制作；（2）绕组线圈，通常是采用圆线绕成，或者是纸包的绝缘扁线绕成，设置在电路部分；（3）油箱，有上下两部分，主体材料为钢板，其中变压器油具有冷却及绝缘的作用。油箱上安装了冷却系统，进行变压器油箱冷却；（4）保护装置，发电机对于保护装置要求较高，主要有储油柜、吸湿器、压力释放装置、测温装置、气体继电器等；（5）分接开关，使用开关与不同接头连接达到调节电压的目的。

2 基于中长期故障率模型的变压器运行可靠性分析

在明确电力变压器短期故障率的计算方法后，构建中长期故障率模型，并基于该模型对变压器运行可靠性进行分析。获得N组变压器处于任意时间点时的故障率。再结合监测得到的变压器油中气体含量和产气速率，确定变压器运行在某一状态时的故障率。首先，根据变频器油层析的历史数据，对变压器从正常运行、报警、危险运行，直至发生故障所需的时间进行了分析。然后，利用MCMC法，对变压器的故障循环进行情景仿真，得到了变压器在任何时间点的失效率。计算出了变压器的历史失效率，并将其与对应时间内的产气率、运行时间和运行状态进行了拟合。通过计算变压器失效率函数的系数，将油色谱实时监测数据引入到下述公式中，对变压器运行可靠性进行预测。

式中：λm（t）代表变压器故障率。ε、α和β代表待估参数。t代表经历时间。λ0代表随机事件引起随机故障率。根据上述计算结果，得到变压器的故障率，计算1-λm（t）的结果，即为变压器运行可靠性预测的量化结果。

3 剩余寿命预测策略

3.1加强图纸会审和技术交底工作

在电力工程干式变压器安装作业正式开始前，相关单位和人员一定要对图纸展开严格会审，积极进行技术交底。具体来说：（1）对于工程图纸及电气图纸，相关管理人员应加大审核力度，仔细核查变压器安装位置、尺寸和预埋件的位置与尺寸，判断有所出入，相关参数是否与安装要求相一致。这里，应着重检查充氮灭火装置以及相关设备是否符合要求。（2）针对干式变压器安装的施工图纸，相关人员应进行预检，并以预检记录的形式记录结果。接着，再同施工部门展开沟通，汇总各方意见，在积极进行技术交底工作的同时，会检施工图纸，从而做到科学有效地安装变压器。（3）重点检查变压器安装材料数量、型号，预防出现不合格的产品。（4）深化变压器的安装设计深度，使之达到我国工程建筑质量标准，并把我国相关标准、规定落到实处，主要涉及部分强制性的条文等。

3.2建立电力变压器剩余时间概念模型

变压器的实际使用寿命很大程度上是由绝缘中的化学成分所决定的，在变压器的使用中，由于绝缘的老化或者是其本体结构受到了机械破坏，都会使绝缘寿命缩短。当变压器由目前的状态，进入到故障状态的时候，由于变压器绝缘损失比较严重，或者是油中的气体含量比较高，导致变压器不能正常工作而被迫停运，此时就需要技术人员进行相应的维修工作。因此，可以将电力变压器的故障状态作为其终点状态，明确电力变压器的剩余寿命主要是指变压器从当前状态到故障状态所需要的时间。

3.3冷却装置故障

冷却装置故障及成因。变压器冷却主要有两种方式，（1）油浸自冷，容量小的变压器直接利用油箱表面散热，中等容量安装扁管散热器，油在扁管中流动过程中进行散热，或者是油箱表面制作成皱纹形，以增加油箱的散热面积。大容量的变压器一般使用的是辐射散热器。（2）油浸风冷，专门安装鼓风机或小风扇散热，以及使用强迫油循环冷却方法，一般采用的是风冷和水冷。以油浸风冷装置发生故障为例，当通过油箱测温装置发现油温异常后，初步确定冷却系统发生故障，确定故障范围，以冷却装置控制回路图为依据，排查风扇及油泵的运行状况，进行故障原因的分析。（1）三相电源出现短路故障，如风扇或油泵电路接触不良或断线，熔断器熔断，热继电器动作等；（2）风扇电机或油泵本身出现故障（3）冷却装置控制回路元件、零部件等出现故障，像是二次线固定不牢，线路接触不良、接触器、继电器故障等。冷却装置故障处理措施。在变压器冷却装置故障处理中，需根据风扇或油泵故障的实际表现进行处理。若是一组风扇或油泵停转，故障具体表现是电源故障、熔断器熔断、控制继电器损坏、热继电器动作等，在故障处理中立即启用备用风扇和油泵，再进行故障排查及针对性的处理；若是风扇和油泵全部停转，一般是总电源出现了问题，首先检查备用电源状态，确定总电源是否进行切换，如果未自动启动、则手动开启，再进行故障查找。针对熔断器熔断故障，选择符合冷却装置规格容量的熔断器。针对三相电源故障，第一步检查电源接线线路，确定是否有断路，如果有进行修复或接线处理，并检查电源插头有无老化、损坏问题，有则更换新插头。确定三相电源无问题后，冷却装置如果仍然无法正常运行，应检查热继电器状态，避免因其未复归导致风扇或油泵无法启动问题。

4 结语

随着社会的快速发展，电力消费也在逐步增加。通过对变压器风险的科学评价，可以使变压器的缺陷得到及时地检测和修复，从而将损失降低到最小。因此，在后续的工作中，将根据电力变压器运行的实际情况，从变压器的绝缘老化角度入手，提取更多可能造成变压器隐性故障的因素，以此为依据，进行与之方面工作在实施中的进一步优化。此外，在后续工作中，还将加大对变压器设计、生产的监管，通过此种方式，降低由于自身原因引起的变压器运行故障，为变压器的规范化运行予以指示、帮助。

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