主變壓器是核電站最重要的電氣設(shè)備之一。在長(zhǎng)期的運(yùn)行中，主變壓器受到電動(dòng)力、熱輻射和化學(xué)反應(yīng)的共同作用，其絕緣材料的機(jī)械和電氣性能將發(fā)生衰減，產(chǎn)生絕緣老化現(xiàn)象。如果運(yùn)行維護(hù)不良，將導(dǎo)致主變壓器老化嚴(yán)重，一旦發(fā)生事故，會(huì)給核電站和電網(wǎng)帶來(lái)重大的損失。
影響變壓器運(yùn)行壽命的因素
熱老化
工作溫度越高，變壓器絕緣材料的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行得越快，機(jī)械強(qiáng)度和電氣強(qiáng)度喪失得越快，相對(duì)老化率越大，變壓器的運(yùn)行壽命就越短。
根據(jù)研究結(jié)果，油浸式電力變壓器的繞組熱點(diǎn)溫度在80 ℃～140 ℃范圍內(nèi)時(shí)，繞組溫度每增加6 ℃，變壓器的相對(duì)老化率增加1倍，壽命減少1半。因此，過(guò)熱是大型電力變壓器壽命縮短的主要因素之一。
電老化
一般認(rèn)為局部放電是變壓器絕緣老化最主要的原因。近年來(lái)，雖然變壓器制造工藝水平得到了很大的提升，但是仍然不能避免在變壓器油和其他絕緣材料中留有氣隙或氣泡。氣體的介電常數(shù)比變壓器油和其他絕緣材料小，介電常數(shù)越小，電場(chǎng)強(qiáng)度越大,所以氣隙和氣泡處的場(chǎng)強(qiáng)更強(qiáng)，而氣體的擊穿場(chǎng)強(qiáng)比變壓器油和絕緣材料低，因此很容易首先在氣泡中發(fā)生局部放電。變壓器油中存在微量水分和雜質(zhì)，在電場(chǎng)的作用下，也容易出現(xiàn)局部放電。另外，由于變壓器設(shè)計(jì)不合理，某些部位的場(chǎng)強(qiáng)比其他位置高，變壓器內(nèi)部連接不良等原因都會(huì)引起局部放電。局部放電不斷發(fā)展，最終導(dǎo)致絕緣擊穿，影響變壓器的壽命。
水分
在變壓器的制造過(guò)程中，制造廠嚴(yán)格控制產(chǎn)品的水分。一般變壓器要經(jīng)過(guò)煤油氣相干燥、真空注油、熱油循環(huán)等除水工藝，但仍然會(huì)殘留一定的水分。后期運(yùn)行，尤其是吊罩大修，也不可避免地侵入一部分水分，同時(shí)變壓器油熱老化后也會(huì)分解出水分。變壓器中的水分主要積聚在絕緣紙板和絕緣油中，它會(huì)惡化變壓器油及絕緣紙板的電氣性能，使其耐電強(qiáng)度降低，擊穿強(qiáng)度隨著含水量增加而急劇下降。水分還會(huì)與絕緣材料發(fā)生降解反應(yīng)，加速絕緣材料的老化。研究表明，濕度為2%的絕緣紙的老化速度是濕度為0.3%的11倍。
變壓器油老化
變壓器油在電、熱和氧氣的作用下會(huì)逐漸老化。變壓器油老化后，油的吸氣性增強(qiáng)，聚合度也增強(qiáng)，導(dǎo)致油中氣體增多、運(yùn)動(dòng)黏度增大。氣體增多將造成油的絕緣擊穿電壓下降，運(yùn)行黏度增大影響循環(huán)對(duì)流和傳熱能力，不能適應(yīng)變壓器的運(yùn)行工況，并形成惡性循環(huán)，嚴(yán)重影響變壓器的運(yùn)行壽命，甚至造成設(shè)備事故。
外界自然力的影響
狂風(fēng)、暴雨、大雪、冰雹和地震等外界因素也會(huì)對(duì)變壓器的壽命造成影響，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況加以防范，必要時(shí)需停電。
判斷老化程度的方法
測(cè)量絕緣紙的抗張強(qiáng)度
測(cè)量絕緣紙的抗張強(qiáng)度可以判斷絕緣紙老化程度，若絕緣紙的抗張強(qiáng)度低于初始值的50%，可以判定變壓器老化已經(jīng)很嚴(yán)重，應(yīng)考慮退出運(yùn)行。絕緣紙抗張強(qiáng)度直接反映了變壓器的老化程度，但測(cè)量絕緣紙抗張強(qiáng)度的前提是停電吊芯，在生產(chǎn)運(yùn)行中不易實(shí)現(xiàn)，可以在運(yùn)行10年～15年后大修時(shí)視情況進(jìn)行。
CO和CO2檢查
變壓器絕緣紙的主要成分是纖維素，在O2、水分和溫度等因素的作用下纖維素會(huì)發(fā)生解聚，長(zhǎng)鏈分子斷鏈變成短鏈分子，最終生成H2O、CO和CO2。絕緣紙的老化程度和解聚程度成正比。因此，變壓器油中CO和CO2的含量在一定程度上反映變壓器絕緣紙老化情況。在現(xiàn)場(chǎng)，一般采用氣相色譜測(cè)量CO和CO2的含量，此方法簡(jiǎn)便易行。
根據(jù)GB/T 7572-2001 變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則，當(dāng)變壓器故障涉及到固體絕緣時(shí)，也會(huì)引起CO和CO2含量明顯增長(zhǎng)。而且，變壓器從空氣中吸收的CO2基值較高，通常把CO和CO2含量?jī)H作為評(píng)估變壓器絕緣紙老化程度的參考。
測(cè)量變壓器油中糠醛(C5H4O2)含量
絕緣紙中的纖維素大分子隨著變壓器的老化會(huì)發(fā)生解聚，生成糠醛，糠醛的分子式為C5H4O2。變壓器中除絕緣紙外，其他部件都不會(huì)產(chǎn)生C5H4O2，因此可以根據(jù)C5H4O2的濃度評(píng)估絕緣紙的老化程度。C5H4O2溶于變壓器油，現(xiàn)場(chǎng)可以取油樣，用高效液相色譜分析儀測(cè)出其含量。
根據(jù)國(guó)外的研究報(bào)告和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，預(yù)防性維修規(guī)程中給出了指導(dǎo)性標(biāo)準(zhǔn)(見(jiàn)表1)。
當(dāng)測(cè)出C5H4O2含量超過(guò)表中所示的值時(shí)，認(rèn)為變壓器相對(duì)老化率不正常，存在隱患，應(yīng)繼續(xù)跟蹤，定期進(jìn)行測(cè)量，尤其應(yīng)注意糠醛的增長(zhǎng)率。
測(cè)量變壓器絕緣紙的聚合度
聚合度是指絕緣紙分子包含纖維素分子的數(shù)目，聚合度能直接反映絕緣紙的老化程度。新變壓器紙的聚合度一般在1 000左右。運(yùn)行中纖維素受溫度、水分、氧化等共同作用發(fā)生降解，大分子逐漸斷裂，聚合度降低。一般對(duì)絕緣紙老化壽命的判據(jù)是：把聚合度250作為絕緣紙是否已喪失機(jī)械強(qiáng)度的邊界點(diǎn)，聚合度低于250的變壓器應(yīng)退出運(yùn)行。
采取的措施探討
加強(qiáng)變壓器監(jiān)造
變壓器內(nèi)部的每一個(gè)部件對(duì)于整個(gè)變壓器來(lái)說(shuō)都相當(dāng)關(guān)鍵，任何1個(gè)部件的損壞都可能造成嚴(yán)重的后果。因此要注意變壓器油、絕緣紙張、紙板、塊木材、絕緣清漆等原材料的選用。同時(shí)，任何一道工序未做好都可能影響到變壓器的壽命。作為業(yè)主方，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)變壓器的監(jiān)造，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)。這樣可以提高變壓器的質(zhì)量，從源頭上延長(zhǎng)變壓器的壽命。
防止過(guò)負(fù)荷運(yùn)行
變壓器過(guò)負(fù)荷運(yùn)行會(huì)造成溫升變大，影響變壓器的壽命，為了不影響變壓器的壽命，應(yīng)盡量減少過(guò)負(fù)荷運(yùn)行的次數(shù)和時(shí)間。三門(mén)核電1號(hào)機(jī)組主變壓器的容量為1 452 MVA，發(fā)電機(jī)容量為1 407 MVA，減去部分廠用負(fù)荷，主變的容量有一定的裕度。而且一般只有在事故情況下，當(dāng)系統(tǒng)必須切除部分發(fā)電機(jī)或線路時(shí)，為了防止系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定破壞，保證連續(xù)供電，才容許發(fā)電機(jī)過(guò)負(fù)荷運(yùn)行，從安全角度考慮，核電機(jī)組一般不會(huì)過(guò)負(fù)荷運(yùn)行，因此主變過(guò)負(fù)荷運(yùn)行的可能性很小。
加強(qiáng)預(yù)警
運(yùn)行人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)主變壓器的巡檢，尤其是油溫、繞溫等(可定期采用紅外測(cè)溫儀進(jìn)行檢查)。同時(shí)，應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)要求定期取油樣進(jìn)行檢查。另外，三門(mén)核電主變配置了變壓器油在線監(jiān)測(cè)裝置，可有效地監(jiān)測(cè)變壓器油中的氣體。通過(guò)這些措施可將主變壓器的異常發(fā)現(xiàn)于萌芽時(shí)期。
診斷和分析
將現(xiàn)場(chǎng)診斷與趨勢(shì)分析相結(jié)合，可有效地對(duì)變壓器的絕緣狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。一般可以將局部放電測(cè)量、油色譜、溫度測(cè)量、糠醛等測(cè)試值進(jìn)行比對(duì)和趨勢(shì)分析。如油色譜發(fā)現(xiàn)CO和CO2含量異常時(shí)，應(yīng)測(cè)量變壓器油糠醛，如果條件允許，應(yīng)測(cè)量紙的聚合度，檢查老化情況。綜合試驗(yàn)結(jié)果和運(yùn)行參數(shù)，做出較為科學(xué)的評(píng)估，采取有效的措施進(jìn)行補(bǔ)救。
采取狀態(tài)檢修
狀態(tài)檢修是根據(jù)狀態(tài)檢測(cè)提供的變壓器狀態(tài)信息，分析變壓器的異常的原因，預(yù)測(cè)故障，適時(shí)安排檢修計(jì)劃。采用傳統(tǒng)的定期檢修，缺陷檢出率不高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，預(yù)試發(fā)現(xiàn)設(shè)備有缺陷不足1%。實(shí)施狀態(tài)檢修，可以增強(qiáng)變壓器檢修過(guò)程中的針對(duì)性和有效性，避免因過(guò)度檢修和設(shè)備頻繁拆卸產(chǎn)生的隱患，提高變壓器運(yùn)行的可靠性，延長(zhǎng)變壓器壽命。