電力變壓器狀態(tài)評(píng)估的應(yīng)用

梁 峻

(天津泰達(dá)電力公司 天津300457)

電力變壓器狀態(tài)評(píng)估的應(yīng)用

梁 峻

(天津泰達(dá)電力公司 天津300457)

簡(jiǎn)述了電力變壓器在供電系統(tǒng)中的作用，影響安全運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)因素，介紹了變壓器狀態(tài)評(píng)估的作用和意義。國(guó)內(nèi)各大電力科研機(jī)構(gòu)和變壓器專業(yè)生產(chǎn)研發(fā)團(tuán)隊(duì)在積極探索及研究評(píng)估系統(tǒng)中做了大量的工作，運(yùn)用某國(guó)際知名企業(yè)的評(píng)估系統(tǒng)，對(duì)開發(fā)區(qū)內(nèi)某樞紐變電站的主變壓器進(jìn)行了狀態(tài)評(píng)估，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)在開發(fā)區(qū)供電系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用。

變壓器 分析 評(píng)估 應(yīng)用

1 電力變壓器狀態(tài)評(píng)估的必要性

電力變壓器是電力輸配系統(tǒng)中起功率傳送、電壓升降、電能分配和轉(zhuǎn)移絕緣隔離作用的樞紐設(shè)備，其運(yùn)行的工作狀態(tài)既直接影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全，同時(shí)也影響著電力企業(yè)的供電質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益和供電可靠性。

隨著時(shí)間的延長(zhǎng)以及運(yùn)行狀況，電力變壓器在機(jī)械、電氣等方面參數(shù)都會(huì)與設(shè)計(jì)及使用初期發(fā)生不同程度的變化，從而影響絕緣、抗短路能力、提高故障率等，存在一定安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。

為了降低這些風(fēng)險(xiǎn)，目前國(guó)內(nèi)外電力設(shè)備研究機(jī)構(gòu)和變壓器制造公司采用不同原理和方法對(duì)運(yùn)行中的變壓器各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，對(duì)電力變壓器狀態(tài)進(jìn)行綜合評(píng)估，目的是了解和掌握電力變壓器的運(yùn)行狀態(tài)，合理安排檢修級(jí)別、檢修周期、檢修內(nèi)容等，結(jié)合狀態(tài)評(píng)估和檢修效果，制定后期安全運(yùn)行維護(hù)的解決方案，避免了由于事后檢修的被動(dòng)和定期檢修的過(guò)渡等缺點(diǎn)，既保證了安全運(yùn)行，又降低了運(yùn)行維護(hù)的成本，一舉多得，充分利用科技手段提高資金利用效率。

2 開發(fā)區(qū)變壓器評(píng)估應(yīng)用情況

邀請(qǐng)了代表高壓電氣設(shè)備領(lǐng)先水平的某國(guó)際知名企業(yè)集團(tuán)變壓器服務(wù)中心的技術(shù)人員對(duì)開發(fā)區(qū)內(nèi)的1臺(tái)110,kV變壓器進(jìn)行了狀態(tài)評(píng)估。通過(guò)技術(shù)人員與作者單位一起完成的現(xiàn)場(chǎng)勘查、數(shù)據(jù)收集、運(yùn)維人員拜訪等互動(dòng)環(huán)節(jié)，使用該集團(tuán)電力變壓器研發(fā)中心專家團(tuán)隊(duì)開發(fā)的“中期變壓器管理程序”(Mature Transformer Management Program)軟件，結(jié)合絕緣老化推算、高級(jí) DGA分析工具(ADGA)以及抗短路能力計(jì)算(EDS)軟件對(duì)每臺(tái)變壓器做出的結(jié)果，綜合為每臺(tái)變壓器的健康狀況進(jìn)行專業(yè)評(píng)估。

2.1 變壓器的基本情況

①制造商：某變壓器公司；

②變壓器型號(hào)：SFSZ—50000/110；

參數(shù)：額定電壓 110±8×1.25%,/38.5±2×2.5%,/11,kV，額定容量50/50/50,MVA；阻抗HV-MV 9.99%，HV-LV 17.78%；MV-LV 6.67%,

③電壓等級(jí)：110,kV；

④制造年代：1995年制造，使用年限19年；

⑤冷卻方式：ONAN/ONAF(63%/100%)。

在獲取了運(yùn)行期間的歷史運(yùn)行信息(包括平均負(fù)荷、最大負(fù)荷等)、檢修信息(包括油試驗(yàn)報(bào)告、例行試驗(yàn)報(bào)告等)、事故信息(包括最大短路電流、接地故障次數(shù)等)等大量數(shù)據(jù)后，通過(guò)前述狀態(tài)評(píng)估軟件(MTMP)、高級(jí)油色譜分析軟件(ADGA)、絕緣老化推算軟件及短路核算軟件(EDS)等相關(guān)軟件和分析工具，對(duì)這些變壓器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行了初步計(jì)算分析評(píng)估。

2.2 狀態(tài)評(píng)估使用到的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

①GB 1094.1《電力變壓器第1 部分：總則》；

②GB 1094.5《電力變壓器第 5 部分：承受短路的能力》；

③GB/T 1094.7《電力變壓器第7 部分：油浸式電力變壓器負(fù)載導(dǎo)則》；

④GB/T 7252《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》；

⑤GB/T 7595《運(yùn)行中變壓器油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》；

⑥D(zhuǎn)L/T 984《油浸式變壓器絕緣老化判斷導(dǎo)則》；

⑦DL/T 596《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》；

⑧IEC 60450《Measurement of the average viscometric degree of polymerization of new and aged cellulosic electrically insulatingmaterials 新的和老化的纖維素電氣絕緣材料的粘均聚合度的測(cè)量》；

⑨IEEEC 57.140《Guide for the Evaluation and Reconditioning of Liquid Immersed Power Transformers 油浸式變壓器老化評(píng)估導(dǎo)則》。

2.3 變壓器狀態(tài)評(píng)估初步結(jié)論

2.3.1 該變壓器狀態(tài)評(píng)估的視狀圖(見圖1)

圖1 變壓器狀態(tài)評(píng)估后視狀圖Fig.1 Chart of transformer assessment

2.3.2 主變運(yùn)行狀態(tài)列表及關(guān)注說(shuō)明(見表1)

表1 主要運(yùn)行狀態(tài)表Tab.1 Operational status of main transformer

綜合變壓器的運(yùn)行狀態(tài)、歷史檢修數(shù)據(jù)報(bào)告，此次評(píng)估的主變?yōu)椤爱惓顟B(tài)”。

2.4 評(píng)估過(guò)程

2.4.1 信息收集過(guò)程

2014年12月11日，技術(shù)人員在公司相關(guān)人員的配合下，對(duì)主變進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)勘察、記錄、拍照，了解主變的當(dāng)前運(yùn)行狀況及歷史運(yùn)行信息。獲取了該主變的油化驗(yàn)報(bào)告和部分電氣試驗(yàn)報(bào)告。

2.4.2 現(xiàn)場(chǎng)勘察及客戶對(duì)此臺(tái)變壓器運(yùn)行歷史的回顧

①主變本體油位正常，當(dāng)前運(yùn)行溫度：油頂層28 ℃，歷史最高溫度86 ℃。

②變壓器高峰負(fù)荷率為80%～90%,。③油箱滲漏油嚴(yán)重。

2.4.3 高級(jí)油色譜分析軟件(ADGA)分析結(jié)果(見圖2)

根據(jù)主變近期油色譜數(shù)據(jù)，油色譜軟件的分析結(jié)果為：主變油色譜正常。

圖2 高級(jí)油色譜分析結(jié)果Fig.2 Oil chromatogaphic analysis results

根據(jù)《GB/T,7252—2001 變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》分析，主變油色譜正常。

2.4.4 紅外成像溫度測(cè)量

使用 FLIR T610 紅外成像儀對(duì)變壓器進(jìn)行檢測(cè)，在當(dāng)前負(fù)荷下，油箱溫度、套管樁頭接觸點(diǎn)溫度正常，未發(fā)現(xiàn)有明顯的過(guò)熱點(diǎn)。

2.4.5 絕緣老化推算(見圖3)

圖3 絕緣變化推算結(jié)果Fig.3 Insulation aging calculated results

①基于該變壓器的運(yùn)行歷史、平均負(fù)荷及運(yùn)行溫度等信息，絕緣老化推算軟件給出的結(jié)果為：該變壓器當(dāng)前繞組熱點(diǎn)處絕緣材料聚合度的殘存值DP＝425。

②依據(jù)絕緣老化評(píng)估軟件中給出的判據(jù)及電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《DL/T,984—2005 油浸式變壓器絕緣老化判斷導(dǎo)則》綜合評(píng)判，該變壓器當(dāng)前絕緣有老化跡象，處于使用壽命的中晚期。

2.4.6 抗短路力校核

該主變?yōu)?1995 年產(chǎn)品，根據(jù)當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)變壓器抗短路能力進(jìn)行校核，其抗短路能力嚴(yán)重不足，不能滿足現(xiàn)行國(guó)標(biāo)GB,1094.5—2008 要求，具體內(nèi)容見附錄一。

2.4.7 狀態(tài)評(píng)估軟件(MTMP)給出的綜合評(píng)價(jià)

基于以上各項(xiàng)評(píng)估工具的輸出，此臺(tái)主變存在的主要問(wèn)題為：

①該變壓器的抗短路能力嚴(yán)重不足，其低壓/中壓/高壓為58.3%,/57.4%,/100%,的最大短路電流，不能滿足現(xiàn)行國(guó)標(biāo)GB,1094.5—2008要求。

②絕緣老化推算軟件分析結(jié)果表明，變壓器絕緣材料的聚合度DP＝425，處于使用壽命的中晚期。

③油箱滲漏油嚴(yán)重。

綜合評(píng)價(jià)結(jié)論：該變壓器處于“異常狀態(tài)”。

2.4.8 初步狀態(tài)評(píng)估的建議

①主變的抗短路能力嚴(yán)重不足，不能滿足電網(wǎng)運(yùn)行要求，綜合變壓器的制造年代、使用年限、抗短路能力及絕緣老化狀況等因素，建議對(duì)變壓器進(jìn)行更換，并有以下主要收益：

新變壓器將按照現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB,1094.5—2008進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造，其抗短路能力顯著增強(qiáng)，將完全滿足現(xiàn)行國(guó)標(biāo)要求，提高了變壓器運(yùn)行的可靠性。

新變壓器的能耗將顯著降低，符合國(guó)家節(jié)能環(huán)保政策，減少主變運(yùn)行成本。主變?yōu)?995年生產(chǎn)，損耗較高，空載損耗為49.878,kW，負(fù)載損耗為240.661,kW；更換后的新變壓器，空載損耗約為 30,kW，負(fù)載損耗約為 220,kW，空載損耗和負(fù)載損耗均可降低約20,kW。變壓器的年能耗費(fèi)Cch按目前國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)常用的變壓器全壽命周期成本公式進(jìn)行計(jì)算，如下：

式中：P0——變壓器的空載損耗(kW)；

Pw——變壓器的負(fù)載損耗(kW)；

Pf——變壓器的輔助損耗(kW)；

β——變壓器的負(fù)載率，取β＝80%；

Pr——綜合電價(jià)，取0.55元/(kW·h)；

η——年負(fù)荷損耗率，一般取0.608。

運(yùn)行30年，總的能耗費(fèi)計(jì)算見下式：

式中：r——通貨膨脹率取4%；R——社會(huì)折現(xiàn)率取8%,。

按上述公式計(jì)算，可以得出，變壓器運(yùn)行 30年，可以節(jié)省電費(fèi)約176萬(wàn)元，大大降低變壓器的運(yùn)行成本。

絕緣老化推算軟件分析結(jié)果表明，變壓器絕緣材料的聚合度 DP＝425，已處于使用壽命的中晚期，若不進(jìn)行任何處理，繼續(xù)運(yùn)行存在風(fēng)險(xiǎn)。更換后，新的變壓器壽命將進(jìn)一步延長(zhǎng)，可達(dá)40年，同時(shí)降低了故障率和事故率，提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和可靠性。

更換新的變壓器，可徹底解決主變存在的嚴(yán)重滲漏油問(wèn)題。新變壓器的油箱將采用全焊死結(jié)構(gòu)，使用系統(tǒng)內(nèi)通用的密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則和高品質(zhì)的密封件，注重體積的配合和金屬件的加工水平，避免滲漏油的發(fā)生，減少運(yùn)維工作量和運(yùn)維成本。

②新變壓器建議配置：ABB的TEC ST、國(guó)電南自的油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置和鐵芯接地電流監(jiān)測(cè)裝置等變壓器智能組件。這些智能設(shè)備可連續(xù)在線監(jiān)測(cè)變壓器油中溶解的特征氣體含量、增長(zhǎng)率和變壓器實(shí)時(shí)的鐵芯接地電流。通過(guò)故障診斷專家系統(tǒng)實(shí)時(shí)分析判斷變壓器是否存在故障及故障類型，并具有預(yù)測(cè)繞組最熱點(diǎn)溫度、評(píng)估絕緣老化程度、分析負(fù)荷狀況及過(guò)負(fù)荷能力等功能，為及時(shí)了解變壓器運(yùn)行狀態(tài)，開展?fàn)顟B(tài)檢修提供有力的支持。

③在主變更換之前，適時(shí)處理滲漏油。

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)這次評(píng)估分析，并結(jié)合供電運(yùn)行安全以及經(jīng)營(yíng)的需要，作者單位已經(jīng)將此臺(tái)變壓器列入更新改造計(jì)劃，籌措和安排資金，適時(shí)進(jìn)行施工，確保區(qū)內(nèi)供電系統(tǒng)的穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行?！?/p>

［1］ 夏成軍，邱桂華，黃冬燕，等. 電力變壓器全壽命周期成本模型及靈敏度分析[J]. 華東電力，2012，40(1)：26-30.

［2］ 代文章．變壓器狀態(tài)綜合評(píng)估方法[J]. 電氣技術(shù)，2011(11)：41-43.

［3］ 鄺儉華. 電力變壓器及電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整[J]. 科研，2015(3)：117-118.

The Application of Power Transformer Condition Assessment

LIANG Jun
(Tianjin TEDA Electric Power Company，Tianjin 300457，China)

This paper briefly describes functions of power transformer in the power supply system, factors influencing the safe operation, roles and significance of the transformer condition assessment. It points out that major electric power scientific research institutions and professional domestic transformer R&D teams have been actively exploring relative assessment systems. It uses an evaluation system of an internationally well-known enterprise to carry out condition assessment of main transformer of a load-center substation in TEDA, which realizes its real application in TEDA’s power supply system.

transformer；analysis；evaluation；application

TM41

A

1006-8945(2015)07-0046-03

2015-07-07