基于电气设备寿命评估技术在资产管理中应用

盛健 彭曼 银星茜 张俊强

摘 要：现有的电气设备资产管理大部分还属于粗犷性，直接以电气设备的设计寿命进行折算，但实际各个电气设备随着运行工况的不同，其寿命会提前或延后终止，因此有必要结合电气设备运行工况，基于其老化机理计算出设备的实际剩余寿命，改变其资产管理模式，让电气设备资产更为合理，更为准确。

关键词：电气设备；剩余寿命；老化机理；资产管理

中图分类号：TM621.2 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）21-0214-02

电气设备资产管理直接体现了设备的利用价值，现有的电气设备资产管理主要按设备的设计寿命直接折算，这样缺陷较为明显。如果设备由于使用恶劣，则会导致设备寿命提前终止，这样的话在寿命终止年会出现较大的设备折损贬值现象；如果设备使用较为良好，则设备使用寿命会有一定延长，这样如果提前把设备折旧完，在资产管理中会出现零值设备现象。如果基于电气设备老化机理，计算出电气设备的剩余寿命，依次进行设备资产管理则会避免这种不合理现象出现。

1 基于机理的电气设备剩余寿命计算方法

现有的电气设备寿命计算主要基于“木桶”理论，其寿命由薄弱且不可修复元件寿命决定，因此针对现有电气设备可以主要分为绝缘老化类设备和电寿命老化类设备。不问主要对变压器的绝缘老化、开关的电寿命老化进行寿命计算。

1.1 绝缘老化类电气设备剩余寿命计算

绝缘老化类电气设备剩余寿命主要基于最热点的高分子材料分解，丧失基本的机械性能、电气性能，最终体现为寿命终止。

1.1.1 油浸式变压器剩余收集计算

油变的热点温度可基于《GB/T 1094.7-2008电力变压器》进行计算。图1为热分布图是假设的，该图做了如下假设：

（1）论冷却方式如何，油箱内的油温从底部到顶部均是按线性增加；

（2）作为初始的近似，在绕组任何位置处绕组导线的温升，从下到上呈线性增加，此直线与油的温升平行。两平行线之间的差值为常数gr；

（3）热点温升比（2）中所述的绕组顶部导线的温升高，这是因为必须就杂散损耗的增加、各局部油流的差别和导线上可能附加的纸层等给出一些裕度。考虑到这些非线性的因素，令热点温度与邮箱内顶层油温之差等于H×gr，热点系数H与变压器容量大小、短路阻抗和绕组结构有关，大约在1.1～1.5之间。

由油浸式变压器热点分布图可知，需要测量环境温度、油顶部温度，然后叠加Hgr即为热点温度，其最终计算公式如下：

（1）

式中，K为负载率，即变压器实际电流与额定电流的比值；为绕组指数；为环境温度；为热点温度。

由于现有的油浸式变压器基本采用热改性绝缘纸，因此基于Arrhenius反应原理，油浸式变压器绝缘寿命损失为：

（2）

式中，為第i时刻热点温度，为变压器设计寿命。

1.1.2 干式变压器剩余寿命计算

干式变压器绝缘采用环氧树脂，其相对油浸式变压器绝缘纸的耐热、绝缘性能更为优良，但由于结构和绝缘材料发生了变化，其热点的计算也随着需要调整。

因为变压器实际运行中负荷是不断变化的，因此暂态负荷的热点温度计算方式如下：

（3）

式中，为某负载率开始时的起始热点温升（K）；为负载变化t时间后的热点温升（K）；为负载率不发生变化情况下的最终热点温升（K）；为给定的负载下绕组的时间常数（min）；为环境温度（℃）。

上述公式中，和可以通过稳定负荷条件下的热点温升公式进行计算。干式变压器一般分为自然冷却和强迫风冷两种，其中对于自然冷却方式：

（4）

对于强迫风冷方式：

（5）

式中，I为负载率（负载电流与额定电流的比值）；M为经验常数，等于0.8；TK为导体的温度常数，铝为225，铜为235；X为强迫风冷经验常数，等于1（在没有试验数据情况下的建议值）；为额定条件下的热点温度（参考负载导则的推荐值）；为额定负荷下绕组热点温升（K），参考铭牌的温升限值。

当温升变化时，根据经验常数m，时间常数也发生变化。如果m=1，则时间常数，如果m≠1，则任何负载和任何起始温度的加热或冷却循环的时间常数可通过下面公式计算：

（6）

同样采用Arrhenius反应原理得出干式变压器的剩余寿命为：

（7）

剩余寿命公式中常用参数值如表1所示。

1.2 电寿命老化类电气设备剩余寿命计算

开关类热点温度一般低于110℃，同时其内部采用SF6和环氧数值作为绝缘，由于SF6、环氧树脂老化分解温度远大于110℃，因此基本不用考虑绝缘材料的老化。

由于开关类的断路器需要开断短路电流，短路电流过大时，开断过程中的电弧对开关触头烧蚀严重，当触头烧蚀量达到一定程度时，该台断路器丧失开断能力，及其使用寿命终止。

SF6断路器基本以0.5Isn一次开断的电磨损为评价基数，各开断电流的电磨损与一次0.5Isn开断电磨损相同的等效开断次数Ns为：

当时

（8）

当时

（9）

式中，Isn为断路器额定短路开断电流数值（有效值）；Is为本次开断电流数值（有效值）。

实际计算过程：首先基于公式9计算出一次额定满容量电流开断相当于0.5Isn开断次数为3.24，对应每个Is计算出的Ns乘以3.24为实际能开断次数。依据公式8、公式9计算出各容量对应开断次数关系如表2所示。

2 电气设备寿命评估技术在资产管理中应用

以上对常用的重要性较高的油浸式变压器、干式变压器、电缆、开断的寿命进行评估与计算，主要依据负荷电流、环境温度、开断电流即可求解出各重要设备的剩余寿命。

电气设备资产管理者可实时采集该部分数据，实时修正电气设备的资产折旧计算方式，同时每年年初可根据前几年老化趋势，进行当年折旧费用计算依据，在每年年底根据当年老化时间修正资产折旧费用。因此依据设备老化来进行设备资产折旧管理，相对以前按设计寿命进行的资产折旧管理更为合理和准确。

3 结语

通过本文的对电气设备的老化计算，可以更为合理的掌握设备利用程度和剩余工作年限，当设备工作负荷较重时，应在设备提前报废前准备好设备更新；当设备工作负荷较轻时，可以适当延长设备使用年限，等效于设备的增值，因此基于设备老化的资产管理也更为准确、更为合理。

参考文献

[1]高敏华，王欣.热改性绝缘纸的应用以及相关变压器技术的分析[J].变压器，2018，55（02）：18-23.

[2]王有元，王施又，黄炎光，易鹭，蔡亚楠.干式变压器环氧树脂热老化特性研究[J].高电压技术，2018，44（01）：187-194.

[3]刘永，薛继印，时东伟，杨在葆，马华辉.基于国内外标准的变压器温升试验计算方法的研究[J].变压器，2018，55（06）：59-62.

[4]黎斌.断路器电寿命的折算、限值及其在线监测技术[J].高压电器，2005，（06）：428-433.