Срок службы трансформатора сокращается вдвое при каждом увеличении температуры на 8°C? Понимание механизмов теплового старения

Продолжительность нормальной работы трансформатора при номинальном напряжении и номинальной нагрузке называется сроком службы трансформатора. Материалы, используемые в производстве трансформаторов, делятся на две основные категории: металлические материалы и изоляционные материалы. Металлические материалы обычно могут выдерживать относительно высокие температуры без повреждений, но изоляционные материалы быстро стареют и разрушаются, когда температура превышает определенное значение. Поэтому температура является одним из основных факторов, влияющих на срок службы трансформатора. В определенном смысле, срок службы трансформатора можно сказать, что это срок службы его изоляционных материалов.

Снижение температуры увеличивает срок службы трансформатора

Продолжительность нормальной работы трансформатора при номинальном напряжении и номинальной нагрузке называется сроком службы трансформатора. Материалы, используемые в производстве трансформаторов, делятся на две основные категории: металлические материалы и изоляционные материалы. Металлические материалы обычно могут выдерживать относительно высокие температуры без повреждений, но изоляционные материалы быстро стареют и разрушаются, когда температура превышает определенное значение. Поэтому температура является одним из основных факторов, влияющих на срок службы трансформатора. В определенном смысле, срок службы трансформатора можно сказать, что это срок службы его изоляционных материалов.

Постепенная утрата изначальных механических и изоляционных свойств изоляционных материалов при длительном воздействии электрических полей и высоких температур называется старением. Скорость старения в основном зависит от следующих факторов:

• Температура изоляции.

• Содержание влаги в изоляционном материале.

• Для маслонаполненных трансформаторов также необходимо учитывать количество растворенного в масле кислорода.

Эти три фактора определяют срок службы трансформатора. Практика и исследования показывают, что если обмотка может постоянно поддерживать температуру 95°C, то срок службы трансформатора может быть гарантирован на 20 лет. На основе взаимосвязи между температурой и сроком службы можно вывести "правило 8°C": принимая за базу срок службы при данной температуре, каждое повышение температуры обмотки на 8°C приводит к удвоению срока службы трансформатора.

Большинство силовых трансформаторов в Китае используют масляно-бумажную изоляцию, то есть класс A изоляции. Для трансформаторов с классом A изоляции при нормальной эксплуатации, когда температура окружающего воздуха составляет 40°C, максимальная рабочая температура обмоток составляет 105°C.

Согласно соответствующим данным и практике:

• Когда рабочая температура изоляции трансформатора составляет 95°C, его срок службы составляет 20 лет.

• Когда рабочая температура изоляции трансформатора составляет 105°C, его срок службы составляет 7 лет.

• Когда рабочая температура изоляции трансформатора составляет 120°C, его срок службы составляет 2 года.

Внутренняя температура изоляции трансформатора, при практически постоянном напряжении, в основном зависит от величины тока нагрузки: более высокий ток нагрузки приводит к более высокой температуре изоляции, а более низкий ток нагрузки — к более низкой температуре изоляции.

Когда трансформатор перегружен или работает при номинальной нагрузке летом, его внутренняя изоляция работает при высоких температурах, ускоряя потерю срока службы. Когда трансформатор работает при легкой нагрузке или при номинальной нагрузке зимой, его внутренняя изоляция работает при более низких температурах, замедляя потерю срока службы. Поэтому, чтобы полностью использовать нагрузочную способность трансформатора в течение всего года без влияния на его нормальный срок службы, месячную нагрузку можно корректировать.

Высокое напряжение ускоряет старение трансформатора

Например, регламенты предписывают, что рабочее напряжение трансформатора не должно превышать 5% его номинального напряжения. Слишком высокое напряжение увеличивает магнитный ток в сердечнике трансформатора, может вызвать насыщение сердечника, генерировать гармонические потоки, увеличивать потери в сердечнике и приводить к перегреву сердечника. Слишком высокое напряжение также ускоряет старение трансформатора, сокращая его срок службы; поэтому рабочее напряжение трансформатора не должно быть слишком высоким.

Когда изоляционный материал стареет до определенной степени, под воздействием операционных вибраций и электромагнитных сил, изоляция может растрескаться, делая электрические пробои более вероятными и снижая срок службы трансформатора.

Регулирование нагрузки трансформатора для достижения идеального срока службы

Внутренняя температура изоляции трансформатора, при практически постоянном напряжении, в основном зависит от величины тока нагрузки: более высокий ток нагрузки приводит к более высокой температуре изоляции, а более низкий ток нагрузки — к более низкой температуре изоляции.

Когда трансформатор перегружен или работает при номинальной нагрузке летом, его внутренняя изоляция работает при высоких температурах, ускоряя потерю срока службы. Когда трансформатор работает при легкой нагрузке или при номинальной нагрузке зимой, его внутренняя изоляция работает при более низких температурах, замедляя потерю срока службы. Поэтому, чтобы полностью использовать нагрузочную способность трансформатора в течение всего года без влияния на его нормальный срок службы, месячную нагрузку можно корректировать.

Правильное обслуживание помогает максимизировать срок службы трансформатора
Известно, что при отказе трансформатора затраты на ремонт и простои являются значительными, а перемотка катушки или восстановление крупного силового трансформатора может занять от 6 до 12 месяцев. Поэтому правильная программа обслуживания поможет трансформатору достичь максимального срока службы.

Три ключевых момента хорошей программы обслуживания

Установка и эксплуатация

A. Убедитесь, что нагрузка остается в пределах проектных ограничений трансформатора. Для маслонаполненных трансформаторов внимательно следите за температурой верхнего масла.
B. Место установки трансформатора должно соответствовать его конструктивным и техническим стандартам. Если он установлен на открытом воздухе, убедитесь, что трансформатор предназначен для эксплуатации на открытом воздухе.
C. Защитите трансформатор от ударов молнии и внешних повреждений.

Испытания масла

Электрическая прочность масла трансформатора резко падает с увеличением содержания влаги. Даже 0,01% воды может снизить его электрическую прочность почти вдвое. Кроме малых распределительных трансформаторов, образцы масла всех трансформаторов должны регулярно подвергаться испытаниям на пробой, чтобы правильно обнаруживать влагу и удалять ее путем фильтрации.

Должна проводиться анализ газов в масле. Используя устройство для онлайн-мониторинга восьми газов в масле трансформатора, непрерывно измеряйте концентрацию растворенных в масле газов по мере развития неисправностей. Анализируя типы и концентрации этих газов, можно определить тип неисправности. Физико-химические испытания масла следует проводить ежегодно, чтобы проверить его изоляционные свойства, включая испытания на электрическую прочность, кислотность, поверхностное натяжение и т.д.