刍议油浸式电力变压器的寿命消耗与环境温度

近年来，各地区频繁发生极端天气事件，在持续高温的外界环境条件下，对油浸式电力变压器的使用寿命和安全运行带来了一定程度影响。高温环境不仅会削减变压器的散热能力，造成变压器内部温度升高，而且还会加速绝缘材料老化，增大变压器寿命消耗。基于此，有必要深入分析变压器寿命消耗与环境温度的关系，优化制定变压器运维策略。

1 油浸式电力变压器寿命消耗与环境温度的关系

变压器寿命消耗与变压器散热效率、运行温度、绝缘寿命以及变压器油性能有着直接关系 [1]。下面基于变压寿命消耗角度，分析环境温度对上述因素产生的影响，进而揭示变压器寿命消耗与环境温度之间的关系。

1.1 环境温度影响变压器散热效率

在高温环境下，油浸式电力变压器与周围空气的温差逐步缩小，导致变压器散热效率明显降低。变压器在正常运行状态下产生大量热量，需要借助散热系统排出部分热量，以保证变压器内部温度在阈值范围内。但是，当环境温度升高后，对变压器的散热系统工作效率产生一定的抑制作用，容易使变压器热量积聚，无法顺利排出热量。受热量积聚影响，绝缘材料老化速度加快，直接影响变压器使用寿命，增大变压器寿命消耗量。根据研究数据显示，当环境温度超过40℃时，变压器在额定容量状态下的散热能力随之降低 30% 左右。

1.2 环境温度影响变压器运行温度

变压器运行温度主要由内部温度与环境温度叠加构成。在高温环境下，变压器内部绝缘油、绕组温度会随着环境温度的升高而有所提升。绝缘油在变压器运行中起到冷却和绝缘作用，当绝缘油温度上升后，会加速绝缘油本身的氧化速度，降低绝缘油的性能，缩短变压器使用寿命。绕组温度异常升高后会发生热膨胀效应，可能出现绝缘层破损、绕组松动等问题，加剧变压器故障风险。根据相关标准规定，油浸式变压器在额定负载运行条件下的环境温度不应高于40% ，上层油温不得超过 95℃。如果环境温度超过 45% ，那么会导致上层油温产生温升叠加效应，增加变压器运行温度。

1.3 环境温度影响绝缘寿命

绝缘材料是油浸式电力变压器的关键组件，其使用寿命与老化速度密切相关，当绝缘材料加速老化时，必然会降低绝缘材料性能，缩短绝缘材料寿命。在绝缘材料老化过程中，环境温度能够产生间接影响。当环境温度从 20% 升高到 40% 时，绕组热点温度的增幅也会达到 20% 左右，即升高到 118℃ -120℃之间，此时对绝缘材料寿命产生一定程度影响。对原本设计值为 20 年的绝缘材料而言，长期受到绕组热点温度升高的影响，可能会使绝缘材料的寿命缩短3-5 年。如，热改性绝缘纸能够在热点温度不超过 110℃的条件下保持良好的性能，但是当热点温度超过 120% 时，会直接降低绝缘纸的机械强度，加速绝缘纸老化，缩短其使用寿命。

1.4 环境温度影响绝缘油性能

变压器绝缘油主要用于变压器的绝缘和冷却，当绝缘油具备良好的电气性能时，能够保证变压器稳定运行 [2]。在环境温度升高的条件下，会加速变压器绝缘油的氧化反应，降低绝缘油黏度，增大绝缘油流动阻力。当绝缘油加速氧化后，会进一步分解出醛、酮、酸等有害物质，对固体绝缘材料和金属部件产生一定的腐蚀作用，从而引发变压器运行故障，增大变压器寿命消耗。当变压器油温超过 85‰ 时，会促使变压器油老化速度提升 3 倍左右，导致变压器油性能快速劣化。

2 降低油浸式电力变压器寿命消耗的应对措施

2.1 建立变压器温度限值体系

为保障油浸式电力变压器安全稳定运行，减小变压器因环境温度变化带来的寿命消耗，应建立起变压器温度限值体系，提高变压器对高温环境的应对能力。在正常工况下，当环境温度不超过 40% 时，变压器顶层油温限值设定为85℃，允许短期峰值为 95°C ；在过载工况下，如果环境温度超过 40% ，且顶层油温超过 85℃，则立即执行降载措施；设定绝缘材料温度限值，常规绝缘绕组温度限值为 98°C ，绝缘纸温度限值为 110℃，当受到环境温度影响导致绝缘材料超过温度限值时，则要触发绝缘失效预警；根据基准环境温度实施温升动态调整机制，环境温度 40℃对应绕组温升 65K，为维持热点温度的稳定性，当环境温度每升高1℃时，需动态降低绕组温升 0.5-1.0K。

2.2 构建变压器寿命消耗风险预警机制

变压器寿命消耗风险预警需要在掌握变压器绝缘老化规律的基础上，采用数学模型量化处理变压器运行状态下的绝缘老化问题，准确测算变压器寿命消耗数据。由于环境温度会对变压器寿命消耗产生一定程度影响，所以基于环境温度构建变压器寿命消耗模型，对优化设计变压器散热系统、延长变压器寿命有着重要意义。在变压器寿命消耗模型中，可以采用Arrhenius 方程量化高温运行导致的寿命消耗，通过环境温度、负载率、油温等参数，计算出绕组热点温度，根据热点温度判断对变压器寿命产生的影响，并以此为依据设定预警阈值[3]。当顶层油温超过 80% ，或者热点温度超过设计值 90% 时，触发预警机制，采取分阶段降载措施。

3 结语

综上所述，环境温度会对油浸式电力变压器寿命消耗产生直接或间接影响。在变压器设计阶段，要充分考虑到环境温度的影响，优化设计变压器散热系统，

优选固体绝缘材料，以降低变压器内部的热点温度。在变压器运维阶段，要优化制定维护策略，根据环境温度变化执行动态调整机制，从而最大程度降低环境温度对变压器寿命产生的负面影响。

参考文献

[1] 张晓华 ， 吕志瑞 ， 王永强 . 基于修正热路模型的油浸式变压器绕组热点温度计算研究 [J]. 电测与仪表 ，2025（3）：78-84.

[2] 胡雪莹 ， 李琳 . 基于全寿命周期成本和综合故障率的油浸式变压器经济寿命评估 [J]. 智慧电力 ，2024（1）：47-54.

[3] 刘刚 ， 胡万君 ， 李琳 . 油浸式变压器绕组瞬态温升降阶快速计算方法 [J].电工技术学报 ，2024（3）：643-657.