DQZHAN技术讯：输变电工程的使用寿命
《国家电网报》近日就输变电工程使用寿命发表记者调查报告。
调查：对于电吹风、电磁炉、空调等常用电器的使用寿命，人们大多有所了解。而输变电工程里的那些“大家伙”，如变电器、铁塔，它们的使用寿命有多长呢?制约电网设备寿命的因素有哪些?是否电压等级越高，电网设备越耐用呢?随着国家电网公司关于输变电工程使用寿命关键技术研究项目取得实质性成果，记者进行了深入采访。
■ 我国输变电工程主要一次设备使用寿命可达40年以上，主要二次设备使用寿命可达20年以上
■ 评估输变电工程寿命极为复杂，需要综合考虑设备的物理寿命、技术寿命和经济寿命
■ 高温、低温、潮湿、腐蚀、多沙、多盐雾、多电磁干扰等运行环境，对输变电工程设备寿命影响较大
输变电工程使用寿命是指在正常设计、正常施工、正常使用和维护下能达到的年限，这是输变电工程可靠性的主要体现，也是工程质量水平、经济性和可用性的重要指标。
近年来，随着经济社会快速发展，电网规模不断扩大，电网设备数量不断增加。目前由于设备设计缺陷、制造成本制约、运维手段落后等因素的影响，电网设备存在着使用寿命短和相关联设备使用寿命匹配性不高等问题，制约了输变电工程质量和电网经营效益的提高。
2012年2月22日，国家电网公司在北京组织召开的输变电工程使用寿命关键技术研究项目启动会上提出，到“十二五”末，110千伏及以上工程要全部达到上等工程，主要输变电建(构)筑物使用寿命达到60年以上，主要一次设备使用寿命达到40年以上，主要二次设备使用寿命达到20年以上。深入研究制约电网设备使用寿命的关键因素，取得重要部件设计、生产等关键技术突破，**提升设备的使用寿命，是实现这一目标的重要保证。
变压器类设备有物理寿命、技术寿命和经济寿命三种寿命
一项输变电工程是个极为庞大的家庭，“成员”众多，包括电气一次设备(线圈类设备、开关类设备)、电气二次设备、变电工程建(构)筑物(主控楼、变电构架、基础)以及输电线路工程部件(铁塔、导地线、金具、绝缘子)等工程设备、工程材料。要对其寿命进行评估，必须单独核算，这是一项十分复杂的工作。
这个大家庭中“块头”*大的当然是变压器。变压器类设备的寿命评估并不简单，由物理寿命、技术寿命和经济寿命这3种寿命综合决定。物理寿命即从投运开始到不再具有基本功能所经历的时间，技术寿命即从投运到由于技术进步和更新换代导致寿命终结所经历的时间，经济寿命即从投运到由于继续运行经济性不合算而导致的寿命终结所经历的时间。
变压器类设备物理寿命主要包括绝缘系统(油纸绝缘)寿命和机械寿命。对于绝缘系统寿命，目前国内外主要通过窥斑见豹的方法，即针对反应绝缘系统寿命的一个特征参量来进行评估。
河北保定供电公司油化班员工告诉记者，糠醛是变压器类设备中绝缘纸劣化分解的一种特殊产物，常温时为液体并溶于油中，通过糠醛含量来判断设备的寿命是一种较为可靠的评估方法。变压器类设备真空滤油后，糠醛会被部分滤除，造成油中糠醛含量与产生量不同，因此，采用这种方法需要结合运行检修历史综合判断，这也是电网检修人员的重要任务之一。此外，绝缘纸的聚合度是变压器机械性能的直接体现，可以作为油纸绝缘老化程度判别的依据，这种方法能估算出运行中变压器类设备的剩余寿命。
评估变压器机械寿命的方法主要有短路阻抗法、绕组频率法、绕组电容量等。记者走访多个变电站时了解到，绕组频率是判断绕组变形的重要方法，这种方法需要比较丰富的经验，而通过绕组电容量判断绕组变形缺乏定量的方法，同样需要丰富的经验��“有十几年变电运行经验的老师傅才能估算个大概”。
变压器类设备的技术寿命则完全取决于技术的更新换代速度，如同手机一样，当功能*优的新款面世，旧型号就会被逐渐淘汰。同时，如果设备故障率持续升高，或它的备品备件已经停产，更换困难，每年的维护费用已经大大超出了购置一台新设备的费用，那么旧设备就应该“下岗”，结束使命。
目前国内外对变压器类设备的经济寿命的研究相对较少。中国电力科学研究院提出了一种变压器经济寿命评估方法，以年均净收益*大为优化目标，通过比较检修和更换两种情况下的年均*大净收益，做出是适用检修还是适用更换的决策，通过优化后的综合经济效益指标，可对变压器的经济寿命进行定量评估，极大提升了输变电工程的经济效益。
而评估电气二次设备及其他工程部件的使用寿命，加速老化试验是一种常用的办法，即对新出厂设备进行样品的加速老化试验，得到设备设计寿命所需的应力参数、样品数量、老化时间和允许失效个数等参数，从而可以较为**地测算出设备的使用寿命。
输变电工程的使用寿命受材料选择、基本元器件寿命特性等多种因素影响
人的一生面对着多种多样的环境，各种内外因素决定了每个人寿命长短不同。输变电工程大多要经过许多人迹罕至的地方，所面临的运行环境更加复杂恶劣，制约因素也更多，因此，处在不同环境下的同一型号设备，其寿命也有较大差异。
据国网运检部负责人介绍，根据多年设备运维数据汇总分析，影响输变电工程使用寿命的主要因素有材料选择、基本元器件寿命特性、设计水平、生产制造、加工工艺、运行环境、**工况、运维策略等。而在众多运行环境中，高温、低温、潮湿、腐蚀、多沙、多盐雾、多电磁干扰对电网设备寿命影响较大。
唐山供电公司运检部专工告诉记者，在一般大气环境下，热浸镀锌铁塔可使用20年，而在污染严重的工业大气环境下，如京津唐地区，热浸镀锌铁塔使用5年就已经锈迹斑斑，使用寿命大大缩短。
以开关设备为例，要在自然环境中“寿终正寝”，可谓困难重重。许继集团有限公司研发部门负责人介绍，开关设备寿命*重要的指标之一就是密封性，其性能的优劣直接决定了设备的开断能力。目前，国内外都使用大量的橡胶密封圈(垫、环)等来完成开关设备的动、静密封，而橡胶制品作为有机化合物，在高温、化学、腐蚀环境下极易老化，变硬、变形、收缩等都会破坏开关设备密封，不同程度的漏气就会造成设备缺陷。此外，重污秽会导致开关设备中的瓷、玻璃及硅橡胶绝缘子表面电阻率增大，电弧活动频繁，加速表面材料老化，*终会形成贯穿型放电通道，发生沿面击穿故障，导致设备寿命终结。
当然，兵来将挡，水来土掩。设备的制造可以采用同样的标准，但针对不同运行环境，可以对个别性能指标进行差异化设计。在实际运行中，设备生产厂家和电网运维人员进行了诸多针对性的设计改进与设备改造，以尽量延长设备寿命。
±800千伏天山换流站四周被沙漠戈壁包围，当地风沙极大，每年有三分之一的时间刮7级以上大风，*大风力可达12级，经常飞沙走石，拔树毁屋。沙尘是电气设备的大敌，会导致绝缘性能直接丧失。换流站在选型时，所采用的主变压器和线路可控高抗等电气设备均具有较高的密封性和抗风性。而对于换流站的核心设备——换流阀，换流站施工单位在换流阀厅前特地多修建了一个房间陈沙，房间内有两道门隔离外界，设计了多个拐弯风道用来沉积沙尘，房间中还安置了三层过滤网，针对不同颗粒度的沙尘进行过滤，**地解决了沙尘这个“心腹大患”。
针对地震多发地区，公司联合相关机构、院校启动了一批电力设施抗震相关科研课题，开发了电气设备减隔震技术研究及减隔震装置，通过地震台试验验证了其减震效率在30%至70%之间。这一项目的研究成果已经分别在四川下孟、甘肃临江等新建变电站工程得到成功应用。其中，四川下孟变电站投运3年多来已经经受了30余次4级以上的地震考验而未见任何损坏，电网设备寿命得到了极大保证。
那么，电压等级的高低对于设备使用寿命有何影响呢?据中国电科院输变电工程研究所专家介绍，电压等级越高，对建筑物和输变电站设备寿命的影响更大，因为高电压等级的电磁干扰更加严重，给电子设备带来的影响更大，必须采取一定的防干扰手段来消除高强度的电磁干扰。同时，特高压变电设备容量大、开断能力强，对部件质量、可靠性要求更高，因此，特高压设备寿命设计、评估指标要求更加严苛。
我国建(构)筑物和输电线路的使用寿命一般都能达到设计值
据了解，目前我国输变电主设备使用寿命一般达不到设计值20年，而建(构)筑物和输电线路的技术研究较为成熟，其使用寿命一般都能达到设计值。
变电工程中的主控制楼、变电构架和设备基础等建(构)筑物所采用的结构主要是混凝土结构和钢结构。研究表明，工业和民用建筑物的使用寿命与这些建筑物所采用结构的耐久性和耐腐蚀性密切相关，变电站建(构)筑物的使用寿命也取决于混凝土结构的耐久性或钢结构的耐腐蚀性。
对于混凝土的耐久性，我国自“九五”计划以来，先后设立了一些有关水泥混凝土的重要研究计划，如国家自然科学基金重大项目“三峡大坝混凝土耐久性及破坏机理研究”、国家“九五”和“十五”重点科技攻关项目“重点工程混凝土**性的研究”与“新型高性能混凝土及其耐久性的研究”等，取得了诸多突破性成果。
对于钢结构的耐腐蚀性，这已经受到世界各国电力行业的高度重视。美国电力科学研究院(EPRI)和加拿大电力技术研究机构把输电网的腐蚀评估、控制与防护等腐蚀管理问题列为输电网管理的重要研究课题，我国也对输变电工程的腐蚀评估和防护等问题开展了研究。预测变电构架的腐蚀寿命*常用的方式是在实验室中进行加速腐蚀试验，并利用现场监测的数据进行修正。目前，我国已建立多种模拟在海洋大气环境、酸雨地区等环境内的加速腐蚀试验方法，并制定了相应的腐蚀评价及腐蚀防护标准，这些成果所带来的经济效益显而易见，我国主要输变电建(构)筑物使用寿命可达到60年以上，建设质量也得到极大保证。
在线路工程中，杆塔基础作为输电线路的重要组成部分，其费用约占整个工程的15%～35%，它的寿命直接影响着整个输电线路系统的稳定性。腐蚀破坏对杆塔和导线的**可靠性和使用寿命是*大的危险，目前各国都在大力研究新型的防腐技术，如新型的合金镀层、环保耐蚀涂料等。中国电科院于2008年开展铁塔腐蚀与防护技术的系列研究，开始研发防腐涂料。公司还研究开发了复合芯导线，其主要受力部分由镀锌钢芯换成了耐蚀的碳纤维复合材料，提高了耐蚀性能，适用于架设腐蚀严重地区的输电线路。
绝缘子是输电线路重要部件之一，瓷和玻璃绝缘子应用*为广泛，已经有100多年的应用历史，通过多年来制造工艺的进步和试验方法的改进，瓷绝缘子或玻璃绝缘子的耐老化能力都很好。我国曾先后多次对运行5~30年的玻璃和瓷绝缘子进行机电性能跟踪对比试验，结果表明：玻璃绝缘子的使用寿命取决于金属附件，瓷绝缘子的使用寿命取决于绝缘体，而使用寿命均可以达到50年。
记者从国网科技部获悉，“输变电工程使用寿命关键技术研究”项目目前已通过验收，该项目通过调研110～750千伏输变电工程建(构)筑物和设备的使用寿命状况，确定了反映寿命的特征参数，给出了设备使用寿命的评估方法和标准。随着研究成果在输变电工程建设和运行中推广应用，将有效提高输变电工程设备的使用寿命，提升电网建设质量和电网运行效率，提高电网设备全寿命周期管理水平。
