變壓器油含氫量超標

發布日期：2018-01-06 來源：變壓器網 瀏覽次數：986

變壓器無論是熱故障還是電故障，都會導致絕緣介質裂解產生一些特征氣體。由于碳氫鍵之間的鏈能低，在絕緣介質的分解過程中，一般會生成氫氣，氫氣也是各種故障氣體的主要成分之一。

1.變壓器油中氫氣含量升高的危害

氫氣與油中溶解的空氣混合以溶解狀態或懸浮狀態存在于變壓器油中。當運行條件，如油溫或油壓發生變化時，氫氣便會以微小氣泡的形式從油中析出，在狹長的縫隙中逐漸積聚并附著在絕緣表面上，這就形成了氣泡性電暈放電的條件。這種放電若發生在導線絕緣和墊塊之間或導線絕緣和撐條的縫隙處，造成的危害就更大。

2.變壓器油中產生氫氣的原因

2.1 變壓器油在電磁場作用下的分解

一般情況下，110kV及以下電網中的變壓器所用的變壓器油都是25號變壓器油，屬于石蠟基油。石蠟基油中烷烴比例較大，烷烴類油化學性質比較穩定，抗氧化性能好，但是耐熱性能較差，尤其在電場作用下容易發生脫氫反應。

2.2 水分對變壓器油的影響

通常變壓器油中的水分主要是由于變壓器受潮產生水引起的。因為水分子為強極性，在電場作用下水分子發生極化而形成偶極子，并按電場方向轉動而形成泄露電流較大的水橋，進而引起水分子汽化而生成氣泡。在電場作用下，氣泡又形成氣體小橋，氣泡的介電常數小于油的介電常數，此時氣泡承受的電場強度更高，引起電暈放電，致使氣體水分子首先被電離生成氫氣和氧氣。

紙絕緣干燥不徹底或空氣中水分侵入等原因也會引起氫氣的產生，這是因為油浸紙絕緣放電的起始場強隨著固體絕緣的干燥程度而增加。

2.3 金屬促進變壓器油脫氫反應

由于變壓器中使用了一部分不銹鋼材料，在變壓器油逐漸氧化過程中，不銹鋼材料中的鎳分子會促進變壓器油產生脫氫反應。一種固體要成為催化劑，能夠吸附反應物是一個基本條件。催化作用過程中，物理吸附能顯著降低其后進行的化學吸附的活化能。在同時，變壓器油是烴類化合物。由于烴分子熱解或氧分子的碰撞產生了游離基R，R與氧分子的自由價結合，生成過氧化自由基R+O2—>ROO，然后ROO再和油中的新烴分子結合產生新的自由基。在這個過程中，鐵、銅等金屬能夠加強油的氧化反應作用。由于它們具有可變的原子價，促使過氧化物分解，起著氧化反應催化劑的作用，同時產生大量的氫氣。

2.4 變壓器油的析氣性

變壓器油析氣性是指變壓器油在電場和電離的作用下會產生放氣或吸氣的現象。油品析氣現象的產生，是因為溶解于油中的氣泡，在高電場強度的作用下，發生游離而形成高能量的電子或離子。這些高能量粒子對油分子產生劇烈碰撞使油分子的C-H或部分C-C鏈斷裂，產生活潑氫及活性烴基基團，通過活潑氫對烴分子的作用，產生吸氣或放氣現象。

2.5 絕緣材料中吸附的氫氣釋放

在變壓器干燥、浸漬、高電壓試驗等熱和電的作用下，絕緣材料分解產生氫氣、烴類氣體，這些氣體吸附于多孔性而且較厚的固體絕緣纖維材料中，短期內難以釋放到油中去。由于變壓器絕緣材料使用得較多，絕緣層內部吸附的氣體完全釋放于油中所需時間較長，因而出廠試驗時油和紙中氣體尚未達到溶解平衡，氫氣含量偏低。經過一段時間后，變壓器到達現場驗收時，氫氣含量偏低。經過一段時間后，變壓器到達現場驗收時，紙中所吸附的氣體逐漸釋放出來，所以油中溶解的氣體，尤其是氫氣含量明顯升高。

同時，一些金屬材料如碳素鋼和不銹鋼等也可促進變壓器油發生脫氫反應，從而使氫氣釋放到變壓器油中，造成油中氫氣含量增高。這就是變壓器在投運前含有一些特征氣體的原因。

3.變壓器油中氫氣含量增高的防范

3.1 變壓器內部裸露的金屬，如銅、鐵及不銹鋼材料，在其表面必須覆蓋絕緣漆，以防止與變壓器油中水分反應或作為催化劑加速變壓器油的氫化裂解。而且，金屬材料的所有表面絕緣漆必須徹底固化后，才能進行油箱注油。

3.2 嚴格執行變壓器工藝規程，盡量降低變壓器絕緣材料的含水量。在變壓器出廠整理時，盡量縮短其暴露在空氣中的時間，以防止水分的侵入，避免水分在電場作用下的電離。

3.3 在確認變壓器內部沒有故障點的情況下，處理油中氫氣含量異常增高通常有兩種方法：一種方法是采用現場換油，采用此方法處理后的變壓器油除氫較為徹底，但是成本較高；第二種方法是采用熱油循環或真空分離方法。

4.案例

2006年底南通美亞熱電有限公司擴建（B）工程中的新安裝的主變壓器，為一臺110kV雙繞組油浸風冷升壓變壓器，SF9-8000/110。在變壓器首次送電前的氣相色譜試驗報告中顯示，油樣中氫氣含量為15uL/L，不符合電力行業標準DL/T722-2000中對出廠和新投運設備氣體含量的要求（氫氣<10uL/L），其余各項指標均符合要求。

氫氣的微量超標，可能是變壓器絕緣材料中的氫氣在出廠后逐漸釋放到變壓器油中造成的，也有可能是變壓器運輸到現場后，注入的補充油中氣體含量不合格造成的。由于氫氣含量很低，決定用真空濾油機在變壓器本體進行循環，濾油機是向當地供電局借用的。在油循環進行了兩天以后，檢測報告顯示除氫氣嚴重超標以外，還出現了大量超標的甲烷、乙炔等氣體。又循環了一天再取樣化驗，但結果沒有任何的改善。分析可能是濾油機的問題，變壓器油在進入濾油機后可能被局部加熱過度，而分解產生出甲烷、乙炔等氣體。

工期緊迫，現場項目部馬上對濾油機進行了更換，新的真空濾油機剛完成附近一個電廠的檢修任務。油循環進行了一天以后，對變壓器油進行取樣檢測，組分含量中僅乙炔一項超標，其它指標均符合要求。這臺濾油機的效果很不錯。在油循環兩天以后，氣相色譜試驗報告顯示所有指標均為良好，符合電力行業新投運設備氣體含量的要求，可以送電投運。在變壓器順利沖擊合閘并正常運行24小時后，再次進行的油樣檢測，各項指標依然正常，并且沒有什么變化。

變壓器油的油質合格是變壓器投入正常安全運行的的重要前提，所以一定要保證濾油設備的性能良好，并嚴格按照要求注油、濾油。

5.結論

運行中的電力變壓器，常常會出現油中氫氣含量超標，而氫氣含量的增長，不少情況下是電性故障的前兆，也會造成變壓器絕緣的缺陷，所以氫氣含量也是變壓器能否繼續安全運行的重要指標之一，應該引起重視。

不管是投運前還是正常運行以后，都要按照相關規范的要求對變壓器油進行氣相色譜試驗等相關檢測，確保變壓器的安全運行。

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