缓解变压器老化：热量、水分和氧气这三个关键因素

电力行业目前正面临三重威胁：变压器供应链中断、成本上升和在用变压器老化。目前，大型变压器的交货时间已飙升至 120 至 210 周（约 4 年），与疫情前 30-60 周的潜在交货时间相比大幅增加。与此同时，自 60 年 80 月以来，原材料商品价格已将变压器价格平均推高了 2020-XNUMX%（取决于尺寸和用途）。

雪上加霜的是，根据美国商务部 38 年的一项研究，美国在役大型电力变压器 (LPT) 的平均使用年限为 2020 年，接近甚至超过了其设计寿命。在此背景下，通过仔细的监控和维护延长现有变压器的使用寿命变得越来越重要。

有意延长变压器使用寿命以保护资本设备和电网的公用事业和公司应考虑加速变压器老化的三个主要因素：热量、水分和氧气。了解和管理这些因素可以显著延长变压器的使用寿命和可靠性，并可能减轻紧张的供应链的一些压力。

衰老三要素：高温、潮湿和氧气

热量：无声的加速器

• 温度在变压器老化过程中起着至关重要的作用。据一份出版了半个世纪变压器应用维护指南的学术资料称，顶层油温每升高 10°C，碳氢化合物氧化反应的速率就会加倍。无论存在何种其他因素，这种加速都会发生，这凸显了温度控制的重要性。
• 热量不仅直接影响绝缘击穿，还间接影响冷却效率。随着变压器油老化和氧化，会产生酸和淤渣，从而增加其粘度。这种变稠会降低油将热量从铁芯有效传递到油箱壁的能力，导致变压器运行温度更高、工作更辛苦，从而进一步加速老化过程。

湿气：无处不在的威胁

• 变压器中的水分是一个长期存在的挑战。水分可能来自各种来源，包括工厂干燥不充分、安装不当、调试期间新油干燥不充分、纤维素（纸绝缘）分解以及由于制造或维护不当导致的环境侵入。
• 水会以化学方式与油和纸绝缘材料结合，在运行过程中可能会释放出来。随着油随着时间的推移而氧化，会产生过量的水以及其他氧化衰减产物。水分的存在会加速氧化过程以及油和纸绝缘材料的损坏。

氧气：次要考虑因素

• 虽然氧气在变压器老化过程中起着重要作用，但直接测量氧气通常不如监测热量和湿度那么重要。当最高油温达到 70°C 或更高时，即使没有游离氧，油也会开始氧化，这突显出热量是这一过程中的主要催化剂。此外，氧气侵入通常是密封不良或维护问题的征兆，通常首先通过湿度监测来检测。
• 变压器油含有与氧气发生反应的天然抑制剂。在年度油分析期间定期测试抑制剂水平可以指示氧气进入。如果抑制剂水平迅速下降，则表明氧气含量较高。

问题仍然是公用事业和电力工程师如何监控整个变压器群的所有三个老化因素。

兼具热量和湿度监测功能的氢传感器

此 GRIDSCAN™ 6000 多传感监测仪 H2scan 专注于测量热量和湿度，以提供经济高效的方式来管理与氧气相关的问题。通过密切监测温度和湿度水平，可以预先解决许多与氧气相关的问题，在许多情况下无需直接测量氧气。

变压器设计在氧气管理中也发挥着作用：

• 自由呼吸变压器：空气饱和时通常含有约 30,000 ppm 的氧气
• 密封氮气覆盖变压器：氧气含量约为 3,000 ppm
• 带有连续 N2 系统的真空填充变压器：氧气含量低至 300 ppm

变压器设计和维护实践对于限制氧化速度非常重要。许多密封变压器由于各种因素（例如泄漏、安装不当和垫圈老化）而成为“自由呼吸变压器”，导致氧气和水分进入变压器。油保存系统（例如连续 N2 系统或具有良好内胆的储油柜）有助于控制氧气和水分的进入。

延长使用寿命的维护措施

对于有兴趣延长变压器使用寿命的操作员来说，以下是一些建议：

• 定期目视检查 对于及早发现潜在问题至关重要。这些检查应包括检查焊缝（尤其是散热器）是否有裂纹、根据需要检查和更换垫圈以及及时发现和解决泄漏问题。
• 油品质量管理 是变压器维护的另一个重要方面。应定期进行油质测试（酸度、界面张力、颜色、颗粒数）。当油质恶​​化时，应考虑油回收，在严重情况下（如存在腐蚀性硫），可选择换油。
• 负载管理 是防止过热的关键。应监测和管理变压器负载，如果观察到持续高温，应考虑减少负载。
• 抑制剂管理 包括检测和维持氧化抑制剂（如 2,6 二叔丁基对甲酚 (DBPC)）的充足水平。根据需要添加抑制剂并重新抑制，可以保护绝缘层免受与氧气相关的降解，因为这种降解与油中的氧气发生反应。
• 湿度控制 至关重要，包括及时处理泄漏和入口点，以及在湿度超过可接受限度时实施干燥程序。

考虑到电力行业在这种充满挑战的环境中面临的三重威胁，GRIDSCAN 6000 多传感器监测器可以帮助解决这些问题。通过关注两个最关键的因素——温度和湿度——该系统允许公用事业公司以与使用更全面的系统监测单个变压器相同或相似的成本监测其机组中的更多变压器。考虑到大型电力变压器的平均使用年限（38 年）以及延长其使用寿命的需求，这种更广泛的覆盖范围尤为重要。虽然有包括氧气测量在内的全面气体分析解决方案，但其高昂的成本可能会限制其广泛部署，可能导致关键资产得不到监测。

有效的变压器管理并不一定需要直接测量所有三个老化因素（热量、湿度和氧气）。通过使用 GRIDSCAN 6000 多传感监测器战略性地监测温度和湿度，结合主动维护实践和间接氧气评估，公用事业和电力工程师可以显著延长变压器的使用寿命。这种方法与全面的维护策略相结合，可以有效保障整个机组这些关键资产的使用寿命和可靠性，最终提高整体电网的弹性和性能。

H2scan 是变压器组管理、氢气处理和安全监控用高性能氢气传感器的领先开发商和制造商。