張瑜

（西安思源學(xué)院，陜西 西安710038）

1 引言

變壓器作為電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，根據(jù)其使用環(huán)境的不同，平均壽命為25～40年。變壓器在運(yùn)行過程中，環(huán)境潮濕、運(yùn)行發(fā)熱等因素會(huì)引起絕緣老化，縮短變壓器的壽命，導(dǎo)致運(yùn)行故障，嚴(yán)重時(shí)甚至引起爆炸，因此變壓器狀態(tài)評(píng)價(jià)及壽命預(yù)測愈顯重要。目前常用來評(píng)價(jià)變壓器狀態(tài)的方法有失效模式與效應(yīng)分析（failure modes and effects analysis，F(xiàn)MEA）、基于可靠性的設(shè)備維修管理（Reliability Centered Maintenance，RCM）、基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)與失效分析和健康指數(shù)（HealthⅠndex，HⅠ）。

通過對(duì)離線檢測、現(xiàn)場試驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)等結(jié)果進(jìn)行分析得出，基于HⅠ技術(shù)評(píng)估變壓器的健康狀況是構(gòu)建變壓器維護(hù)維修計(jì)劃的有效方法。在HⅠ規(guī)范中使用的數(shù)據(jù)包括油中溶解氣體分析（Dissolved gas analysis，DGA）、呋喃化合物測定、絕緣紙聚合度（Degree of Polymerization，DP）檢測、油品檢測、功率因數(shù)試驗(yàn)、目視檢查（冷卻系統(tǒng)、腐蝕罐、接地系統(tǒng)）以及設(shè)備的常規(guī)安全檢查。

2 參數(shù)和測試

變壓器的診斷監(jiān)測方法包括DGA、油品檢測、呋喃化合物測定、功率因數(shù)試驗(yàn)、設(shè)備檢驗(yàn)（有載分接開關(guān)、套管等）、負(fù)荷歷史和目視檢查。

2.1 油中溶解氣體分析（DGA）

油中溶解氣體分析（DGA）技術(shù)是診斷大型油浸式電力變壓器局部放電、熱故障和電氣故障等早期潛伏性故障比較有效的方法，通過分析溶解在油中的油絕緣（H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2）和紙絕緣（CO、CO2）分解過程中形成的氣體濃度，參照ⅠEC60599和ⅠEEEC57.104標(biāo)準(zhǔn)，DGA因子（DGAF）可由式（1）計(jì)算，變壓器評(píng)級(jí)參照表1。

式（1）中：Si是表2中氣體濃度對(duì)應(yīng)分值；Wi為表2中相應(yīng)氣體權(quán)重系數(shù)。

表1 基于DGA因子的變壓器評(píng)級(jí)

表2 氣體濃度對(duì)應(yīng)分值及其權(quán)重系數(shù)

2.2 呋喃化合物測定

在變壓器運(yùn)行過程中，由于熱、氧化、酸和水分、纖維素的劣化會(huì)導(dǎo)致呋喃類化合物的產(chǎn)生，因此，基于ⅠEC 61198標(biāo)準(zhǔn)，呋喃類化合物的測定可用于評(píng)價(jià)變壓器壽命?；谶秽衔锏淖儔浩髟u(píng)級(jí)如表3所示。

表3 基于呋喃化合物的變壓器評(píng)級(jí)

2.3 油品檢測

變壓器油的質(zhì)量，根據(jù)ⅠEC和ⅠEEE標(biāo)準(zhǔn)，從電氣測試、化學(xué)測試和物理測試三個(gè)方面對(duì)測試結(jié)果進(jìn)行分析，基于油品因子的變壓器評(píng)級(jí)如表4所示。

表4 基于油品因子的變壓器評(píng)級(jí)

油品因子（OQF）可由式（2）計(jì)算得出：

式（2）中：Si是表5中評(píng)價(jià)油品質(zhì)量對(duì)應(yīng)分值；Wi為表5中相應(yīng)油品質(zhì)量的權(quán)重系數(shù)。

表5 油品試驗(yàn)參數(shù)（符合ⅠEEEC57.106—2006標(biāo)準(zhǔn)）

3 基于HI的變壓器狀態(tài)評(píng)估方法

基于HⅠ的變壓器狀態(tài)評(píng)估方法，需要了解變壓器絕緣系統(tǒng)的劣化程度、負(fù)荷運(yùn)行特性等因素?；鵋Ⅰ的變壓器狀態(tài)評(píng)估分值可由式（3）計(jì)算：

基于HⅠ的變壓器狀態(tài)評(píng)分如表6所示，傳統(tǒng)的HⅠ評(píng)價(jià)參數(shù)如表7所示。通常來說，一組HⅠ的確定數(shù)據(jù)需要多次測試，表中K為各測試項(xiàng)的權(quán)重系數(shù)，HⅠF為各試驗(yàn)參數(shù)的狀態(tài)評(píng)價(jià)值。

4 基于改進(jìn)HI的變壓器狀態(tài)評(píng)估方法

從表7可以看出，傳統(tǒng)的HⅠ評(píng)價(jià)需要24項(xiàng)測試項(xiàng)來綜合評(píng)估變壓器的狀態(tài)，而在實(shí)際應(yīng)用中，許多參數(shù)沒有明確的分級(jí)定義，而是需要現(xiàn)場工作人員依賴經(jīng)驗(yàn)給與評(píng)級(jí)，導(dǎo)致HⅠ技術(shù)的實(shí)用性欠佳。

因此，本文將傳統(tǒng)HⅠ方法中不能明確定義的測試項(xiàng)，如漏油、冷卻器、底座、接地腐蝕等分組，使測試項(xiàng)具有更明顯的辨別性，提出改進(jìn)的HⅠ變壓器狀態(tài)評(píng)估方法，根據(jù)式（4）計(jì)算分值對(duì)變壓器狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。

改進(jìn)的HⅠ評(píng)價(jià)如表8所示。從表8可以看出，改進(jìn)的HⅠ評(píng)價(jià)將測試項(xiàng)數(shù)量從24個(gè)減少到15個(gè)，刪除了現(xiàn)場難以執(zhí)行的呋喃化合物測定；針對(duì)傳統(tǒng)的HⅠ評(píng)價(jià)中沒有嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)來細(xì)分的主罐腐蝕、冷卻、油箱腐蝕、基礎(chǔ)、接地、墊片、密封、漏油和油位等測試項(xiàng)，綜合提出目視檢查項(xiàng)，以對(duì)這些不明確的測試項(xiàng)進(jìn)行分組。為評(píng)價(jià)目視檢查，提出目視檢查評(píng)分如表9所示。

表6 基于HⅠ的變壓器狀態(tài)評(píng)分

表7 傳統(tǒng)HⅠ評(píng)價(jià)

表8 改進(jìn)的HⅠ評(píng)價(jià)

表8 （續(xù)）

表9 基于目視檢查的變壓器狀態(tài)評(píng)分

5 實(shí)測案例及結(jié)論

通過對(duì)陜西電力某供電局下轄的9所變電站中的26臺(tái)變壓器做案例研究，對(duì)比傳統(tǒng)HⅠ評(píng)價(jià)和改進(jìn)HⅠ評(píng)價(jià)計(jì)算得出變壓器工況的不同評(píng)分。結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的HⅠ評(píng)價(jià)方法相比，改進(jìn)的HⅠ評(píng)價(jià)的得分差異僅為3%（所有案例研究的平均值），兩種方案的計(jì)算分值及評(píng)價(jià)結(jié)果相對(duì)相似，只有一個(gè)案例顯示了不同的測試差異。

結(jié)果表明，本文提出的基于改進(jìn)健康指數(shù)的變壓器狀態(tài)評(píng)估方法，可以在實(shí)際應(yīng)用中降低運(yùn)行成本，對(duì)變壓器狀態(tài)分析和戰(zhàn)略規(guī)劃具有重要意義。