大型变压器

根据现有大型变压器和检修存在的问题，阐述发展智慧变压器的必要性，介绍智慧变压器的组成、功能和发展现状，展望变压器状态检修的发展趋势。

本项目属于输变电技术领域。 变压器是电网的关键枢纽设备，近年来不明原因的大型变压器绝缘电阻严重下降和介损增大问题频发，广东电网和湖南电网涉及的缺陷变压器均达上百台。该类缺陷运用常规电气和化学试验均无法找到原因，传统滤油和换油措施没有效果，给电网的安全可靠运行带来了极大的隐患。本项目从绝缘油分子结构与电气性能关系为切入点，系统研究了新特征物分析方法及表征、影响机理、处理技术，研发出处理成套设备并进行了广泛工程应用，解决了大型变压器绝缘电阻下降传统技术无法诊断及处理的技术难题。经中国电机工程学会鉴定成果整体处于国际领先水平。 项目研发新型吸附剂3种、处理装置1套；制定国家及行业标准7项；获授权专利24件（其中发明专利15件），实审国际专利1件；发表论文17篇(其中SCI 6篇、EI 5篇)。 项目成果已在南方电网和湖南、山东、华北等多个省级电网大规模应用，完成1605台主变的绝缘缺陷诊断和261台变压器的绝缘缺陷处理。项目成果保障了电网安全可靠运行，在建国70周年和澳门回归20周年保供电工作中发挥重要作用；有力推动了设备运维和国内外变压器油检测、诊断和处理技术的发展；避免了大规模换油带来的资源浪费和危废变压器油带来的环保问题，经济社会效益显著，推广前景广阔。

针对大型电力变压器和油纸绝缘套管受潮缺陷导致的绝缘性能下降问题，本项日系统梳理总结变压器油纸绝缘套管典型缺陷，仿真分析不同缺陷类型的电场分布特性，建立油纸绝缘套管复合工况试验平台，试验研究油纸绝缘套管典型缺陷劣化机理及关键特征量，提出基于DS等特征量的油纸套管受潮检测方法，并在全网范围推广应用；项目通过建立大型变压器外部大气水分、器身内部气相及固体绝缘中水分交互扩散、迁移的微观动力学模型，揭示了大型变压器充气状态下绝缘受潮与水分动态平衡机理，研发适于大型变压器绝缘受潮现场干燥的低频短路加热与移动气相干燥装置，提出了变压器现场绝缘干燥技术作业规范，解决了大容量变压器绝缘老化受潮后绝缘现场干燥难题。项日研究成果作为南方电网500kVG0E型主变套管重大隐患排查治理工作的主要依据，2017年至2018年，成功应用于全网范围内197支G0E型油纸绝缘套管的FDS普测分析工作，其中，有效检测出绝缘缺陷套管5支，缺陷检测准确率达100%。 项目提出的大型变压器现场绝缘恢复技术的工艺流程成果在多个直流工程中获得应用，在从西、贺州、普洱、东方4座变电站共14台变压器的现场绝缘状态评估及绝缘恢复工作取得良好效果。 项目研究成果有效降低变压器、套管绝缘失效带来的系统运行风险，提高了南方电网主网的安全稳定运行水平，对提高系统可靠性具有突出工程价值，对全网五省区生产、商业用电和居民生活用电起到保障作用，具有十分重要的社会效益。解决了大容量换流变压器运输、贮存受潮后绝缘现场恢复难题。

7月7日，全国首个变压器智能内检“机器鱼”在国网天津市电力公司研发成功，并通过了由国内变压器行业专家组进行的性能测试见证和科技项目验收。“机器鱼”具备图像自主识别、空间自主定位、三维路径规划、下潜深度悬停等功能，可自主识别、快速检测大型变压器内部碳痕、电树枝放电等典型缺陷，提升大型变压器智能化运检水平。

本项目根本解决了变压器消磁工作只能消磁无法测量的问题。可以通过直流和交流两种方法，自动测量分析变压器的剩磁大小，自动判断被试品变压器是否需要消磁，测量准确，测试分析的图形数据可以直观显示。解决了传统直流消磁方法需要按照特定时间长度多次切换消磁电流问题，仪器可以自动设计并实施智能快速消磁法，操作简单，按启动键即可完成操作，消磁过程中显示进度百分数。比传统直流消磁法节约时间85~90%，220KV大型变压器一相的消磁时间为3~5分钟，消磁效果好。解决了变压器消磁和变压器直阻测量需要用两种仪器，重量大，重复接线的问题，首创变压器直流剩磁分析方法和直阻测量仪器整合一台仪器。

近年来，有载调压变压器以其能够进行在线调压的技术优势在电力系统中得到广泛应用，并呈逐年增长趋势。有载分接开关是有载调压变压器中唯一一个在高电压、大电流中快速运动的部件，由它所引起的大型变压器事故连年增多，严重影响电网安全稳定运行。国家能源局已将防止变压器有载分接开关事故列为《防止电力生产事故的二十五项重点要求》的重点内容之一，标志其已上升为威胁国家能源安全的行业重大安全隐患。如何测试有载分接开关动作特性并得到可靠结论已成为电力行业的一个亟待解决的重大技术难题。有载调压变压器应用之初，采用直流测试法进行有载分接开关测试。该测试法存在试验重复性差、解析不唯一等重大缺陷，极易导致误判造成安全隐患，严重影响有载调压变压器的大面积推广应用。由于测试方法无法满足工程实际应用，一度致使有载调压变压器退出高压设备竞争市场。该成果针对有载分接开关动作特性的测试原理、装置的研制与开发、过渡过程识别与故障诊断方等技术难题，进行了创新研究，该成果将有载分接开关的交流测试新技术进行了全国推广应用。该成果申请发明专利2项(2项受理中)，获实用新型专利授权3项，申请软件著作权2部（受理中），产品标准1部，发表论文8篇。

超、特高压变压器作为交直流高压输电系统工程的核心设备，其发展趋势向超大容量、体积和重量方向发展日益显著，正在研制的1000kV/1500MWA特高压变压器总重近900t。受公路、铁路等运输条件限制，无法实现将变压器整体运输至工程现场，或者由于道路加固整修费用太高，大幅增加工程造价。特高压变压器由上海运至四川复龙，其单台运输费用超过20亿元，远距离运输费用甚至远超过变压器自身的建造费用。在我国后期的中西部特高压建设中，运输条件将更加恶劣，因此采用解体式变压器的运输方式，实现超特变压器的现场组装、环境控制、绝缘干燥、试验考核及运维检修成为必然选择。 本项目面向水分在变压器油纸绝缘系统的扩散规律及其对油纸绝缘系统性能的影响机理，及特高压解体式变压器现场解体和组装关键技术进行研究，实现对特高压变压器的现场环境控制；面向超、特高压大型电力变压器工厂化检修的现场干燥工艺和现场试验技术进行深化研究，研制面向超、特高压大型电力变压器工厂化检修的移动汽相干燥设备和封闭式气体绝缘现场高压试验装置，实现对超特高压大型变压器的模块化故障识别和精确工厂化检修及诊断。

本项目所属高电压工程领域，涉及到变压器、电气测量等多个专业，在国家自然基金等支撑下历时13年，采用“产-学-研-用”结合方式协同攻关完成。 随着电压等级升高，电工设备绝缘水平已经成为影响其制造难度和安全运行的首要因素：油浸式大型变压器作为电网框纽设备，其绝缘缺陷的试验诊断技术，在质量监控和风险管控方面的作用意发重要。2013～2018年中国电力设备管理协会220kv及以上电压等级变压器运行分析表明：绝缘系统发生故障/缺陷最多，占比约40%；该绝缘故障/缺陷源于产品设计、制造工艺、外协件质量、运输、运行等几方面；而绝缘缺陷产生的局部放电（PD）是加剧运行变压器油纸绝缘老化并演变至绝缘击穿故障的首要原因。 项目组针对油浸式变压器绝缘系统承受的电压类型，探索典型绝缘缺陷在不同类型电压作六址7人用下的放电机理基础上，结合现场试验测试需求，开展了适用于变压器出厂试验0区中3在线监测或带电检测的PD诊断关键技术攻关。

由全国输配电技术协作网主办，北京天威瑞恒高压套管有限公司协办的串级式玻璃钢电容型变压器套管技术研讨会”于2015年5月16日在北京怀柔召开。来自中电联全国输配电技术协作网的领导、国内知名变压器行业专家、套管绝缘领域著名教授、大型变压器企业的技术负责人和主要用户代表共计21人参加了此次研讨会。