中小容量电力变压器寿命评估的新方法

核心提示：　　曰前有2种方法用于变压器的寿命评估：第1种是统计法，它对运行中的变压器进行统汁，然后评估寿命，这种方法成本较低，但对新开发的变压器很难在出厂前获得寿命数据；第2种是整机加速寿命试验法，它用变压器试

　　曰前有2种方法用于变压器的寿命评估：第1种是统计法，它对运行中的变压器进行统汁，然后评估寿命，这种方法成本较低，但对新开发的变压器很难在出厂前获得寿命数据；第2种是整机加速寿命试验法，它用变压器试品或模拟试品进行加速寿命试验，进而评估寿命，这种方法比较成熟，但成本很高，也难以描述元器件损坏的内在机理本文提出一种基于变压器绝缘纸聚合度测定的新方法，以评估变压器的寿命，推导出新的计算公式，设计并实现了纸的老化试验，建立了一套新的寿命评估体系。它能在出厂前对新开发的变压器提供寿命评估，评估的费用只相当于第2种方法的％。

　　1变压器老化机理从可靠性的角度看，变压器是一个系统，由铁心、高压绕组低压绕组、主绝缘绝缘油、油箱、套管、辅助设备等主要部件组成其中较弱的主要部件是绝缘纸和绝缘油。根据，绝缘纸是可靠性最弱的部件，因此通过对绝缘纸老化机理的研究，便可等价于变压器老化机理的研究，进而进行变压器寿命评估绝缘纸的主要成分是纤维素，是由许多单元串接而成的，见一条链中所包含的上述单元的平均个数称为绝缘纸的聚合度（degreeofpolymerization，文中用Dp表示），绝缘纸老化的过程就是分子链由长链变短链的过程，也就是Dp值下降的过程，这主要由水、氧化温度3个因素引起a水纸中水越多，Dp值下降越快纸的老化速率直接与纸中初始水含量成正比油中的水含量和绝缘纸中的水含量在达到平衡时基本成正比，其比值与温度有关。由于纸中水分含量难于测量，而油中水分含量易于测量，因此我们将通过油中水分含量推算纸中水分含量氧化氧与绝缘纸的反应过程是一个相当复杂的过程，它不仅与氧化流动快慢有关，还取决于与油的反应对于密封变压器中氧气含量极小情况，纸氧化的过程可以忽略。

　　温度。Dakin发现，在化学反应机理不变的情况下，任何化学量乃至某些物理量的改变都服从化学反应规律，而任何化学反应与热的关系都服从下述公式：其中K0为化学反应速率；T为绝对温度；A，B为常数，变压器绝缘材料的老化过程中B是基本不变的常数，根据实验测定，B为15左右。

　　2绝缘纸老化的数学模型为建立Dp值与寿命的定量关系，本文采用如绝缘纸老化的过程，是绝缘纸纤维链中基本单元与基本单元之间链断裂的过程，基本单元内部的键不发生断裂绝缘纸老化过程中，纤维链总长度保持不变，而链条数不断力口。

　　长链分子的键断裂与短链分子的键断裂在同一温度下具有相同的难易程度，亦即具有相同的可能丨性这一条是最关键的假定，它保证了Dp值随时间呈指数下降绝缘纸任何时刻的老化速率，与纸中初始含水量成正比这是一条实验规律根据以上基本假定，我们进行公式推导，设t时链总长为L，链条数为No，在很短的时间At内对应于分解作用产生的链条数为KtNAt，于是有：与变压器寿命的计算公式（见式（8））c.绝缘纸的老化过程就是聚合度的下降过程绝缘纸的老化与温度、氧气和水分有密切关系，在氧气和水分很少的情况下聚合度按指数下降，同一温度下的同一时刻，Dp值具有分散性，Dp值服从正态分布。

　　速寿命后绝缘纸的溶液粘度，便可计算出绝缘纸的DP值测得SBS9型变压器在2C环境温度和满负荷条件下估计寿命为22.28年。估计寿命超过19.15年的概率为90%本文提出的寿命评估新方法能为制造厂在出厂前向用户提供变压器的预期寿命，试验费用只相当于整机加速寿命法的1%.本成果还可应用于供电局估计在运行中的变压器的残存寿命，以实现定期更换变压器，提高供电可靠性。