110kV電流互感器盒式金屬膨脹器異常研究與改造

張大猛

摘要：110kV盒式電流互感器在長期的運(yùn)行過程中出現(xiàn)的銹蝕及H2超標(biāo)現(xiàn)象，給日常維護(hù)和檢修帶來了極大麻煩。文章對電流互感器金屬膨脹器的異常現(xiàn)象進(jìn)行了原因分析，制定了改造方案和措施，同時(shí)對研究成果進(jìn)行了總結(jié)和推廣，為系統(tǒng)內(nèi)處理該類問題提供了參考。

關(guān)鍵詞：電流互感器；金屬膨脹器；化學(xué)反應(yīng)；脫氫反應(yīng)；技術(shù)指標(biāo)

中圖分類號：TM452 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1009-2374（2014）36-0039-02

1 110kV電流互感器盒式金屬膨脹器所存在的缺陷及隱患

（1）以南充供電公司為例，目前變電站所有盒式金屬膨脹器均出現(xiàn)不同程度的銹蝕現(xiàn)象，同時(shí)多數(shù)電流互感器絕緣油內(nèi)出現(xiàn)H2超標(biāo)以及絕緣降低等現(xiàn)象；（2）部分盒式金屬膨脹器油溫度顯示指針無法正常工作或是無法正確反映金屬膨脹器內(nèi)絕緣油的實(shí)際溫度；（3）一些盒式金屬膨脹器出現(xiàn)不同程度的滲油現(xiàn)象，并且無法從根本上解決。

以上盒式金屬膨脹器的缺陷情況隨著電流互感器運(yùn)行時(shí)間的增加越來越嚴(yán)重，互感器絕緣降低可能導(dǎo)致互感器爆炸，盒式金屬膨脹器油溫度顯示指針無法正常工作或是無法正確反映金屬膨脹器內(nèi)絕緣油的實(shí)際溫度，讓運(yùn)行和檢修人員無法判斷互感器的油溫和互感器內(nèi)絕緣油的剩余量。如果不能從根本上處理以上缺陷，將對電流互感器的安全穩(wěn)定運(yùn)行以及日常的維護(hù)造成很大的影響。

2 盒式金屬膨脹器H2超標(biāo)及缺陷的原因分析

通過相關(guān)文獻(xiàn)的查閱和一些技術(shù)人員的研究，目前，電流互感器油中含有H2的最可能情況有以下三種：

2.1 水分的電解及與鐵的化學(xué)反應(yīng)

當(dāng)油中存在水分時(shí)，水在電場的作用下將通過兩種反應(yīng)產(chǎn)生氫氣：（1）水分發(fā)生電解：2H2O=2H2+O2；（2）水分與鐵反應(yīng)：3H2O+2Fe→3H2+Fe2O3。

原盒式金屬膨脹器外部為鐵質(zhì)材料，銹蝕嚴(yán)重；內(nèi)部為不銹鋼材質(zhì)，銹蝕情況不嚴(yán)重，水分進(jìn)入金屬膨脹器可能性較小，同時(shí)，高壓試驗(yàn)?zāi)蛪汉细瘢^緣油微水試驗(yàn)合格，因此可以排除此種反應(yīng)的發(fā)生。

2.2 烷烴的裂化反應(yīng)

互感器內(nèi)絕緣油主要由烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴組成，其中烷烴的熱穩(wěn)定性最差。這些有機(jī)物在高溫下會(huì)發(fā)生裂化。在裂化過程中，主要是由大分子烷烴轉(zhuǎn)變成小分子烷烴、不飽和烴（烯烴和炔烴）及氫。由于當(dāng)設(shè)備內(nèi)部存在故障引起過熱或高溫而發(fā)生裂化反應(yīng)時(shí)，不同的故障溫度將產(chǎn)生不同的氣態(tài)烴，如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等，在本項(xiàng)目的油中只有氫氣含量高，其他特征氣體很低，由此可以斷定，不可能是由設(shè)備內(nèi)部故障所引起的烷烴裂化反應(yīng)。

2.3 環(huán)己烷的脫氫反應(yīng)

環(huán)己烷是變壓器油的主要成分之一，環(huán)烷烴中有一種環(huán)己烷，它在石油中的含量約為0.5%～1%，在煉油過程中，由于工藝條件的限制，難免要在變壓器油的餾分中殘留下少量的輕質(zhì)餾分，其中也可包括環(huán)己烷。這樣，在某些條件（如催化劑、溫度等）下，就可能因它發(fā)生脫氫反應(yīng)而產(chǎn)生氫。

環(huán)己烷脫氫反應(yīng)中所謂的催化劑目前在學(xué)術(shù)界中討論比較多的是金屬膨脹器合金中的鎳，鎳是一種脫氫催化劑，可以加速環(huán)己烷脫氫反應(yīng)的進(jìn)行。原盒式金屬膨脹器內(nèi)部材料為不銹鋼材質(zhì)，材質(zhì)中含鎳，因此電流互感器油中H2超標(biāo)由環(huán)乙烷脫氫所致的推論成立。

綜上所述，互感器中氫氣超標(biāo)的現(xiàn)象與乙烷脫氫最為吻合。

3 各種金屬膨脹器的技術(shù)指標(biāo)及參數(shù)

金屬膨脹器是安裝在電流互感器或電壓互感器上配套使用的一種容積補(bǔ)償組件，用以補(bǔ)償變壓器油因溫度變化而發(fā)生的體積變化，在互感器正常運(yùn)行時(shí)能保持其內(nèi)部壓力基本不變，并使互感器成為全密封產(chǎn)品。由于互感器內(nèi)的變壓器油完全與大氣隔絕，所以能長期保持變壓器油的絕緣程度，不會(huì)受潮和氧化。根據(jù)設(shè)計(jì)原理和應(yīng)用范圍不同，金屬膨脹器可分為波紋式膨脹器、盒式膨脹器、疊形波紋式膨脹器等。下面以波紋式膨脹器和盒式膨脹器為例介紹。

3.1 金屬波紋式膨脹器

由一個(gè)或多個(gè)膨脹節(jié)在外徑上做環(huán)形焊接組成的膨脹器。膨脹節(jié)由兩張波紋片在內(nèi)徑上做環(huán)形焊接而成，其縱斷面呈波紋狀，膨脹節(jié)是膨脹器的容積可變的膨脹單元。

金屬波紋膨脹器可做到互感器內(nèi)油的平均溫度在-30℃時(shí)，也不出現(xiàn)負(fù)壓，故在長期運(yùn)行中即使個(gè)別密封破壞，也只會(huì)使變壓器油滲出，而不致進(jìn)氣或進(jìn)水受潮，因意外事故使互感器內(nèi)部壓力突然升高并超過一定限度時(shí)，膨脹器將迅速伸長而將外罩上的罩蓋頂起，直至膨脹器破裂，起到互感器內(nèi)部的減壓作用。

3.2 金屬盒式膨脹器

由一個(gè)或多個(gè)膨脹盒用金屬管連通組裝而成的膨脹器。膨脹盒由兩張圓盤形波紋片做環(huán)形焊接而成，其縱斷面呈盒狀。膨脹盒是膨脹器的容積可變的膨脹單元，金屬盒式膨脹器由多個(gè)膨脹盒用金屬管連通組裝而成。外罩由罩蓋、罩壁和底盤等組成。罩壁上備有視察窗和油溫標(biāo)定線，當(dāng)互感器內(nèi)部油溫發(fā)生變化時(shí)，油的體積隨之變化，指針隨膨脹器仲縮而呈弧線運(yùn)動(dòng)。油位計(jì)與金屬盒式膨脹器主油管連接后，可用于膨脹器內(nèi)部油面的監(jiān)視和真空注油，同時(shí)還可排除內(nèi)部氣泡。

4 金屬膨脹器異常情況處理方式

4.1 換油

換油是最初處理金屬膨脹器內(nèi)氫氣超標(biāo)的主要方法之一，這種方法的最大優(yōu)點(diǎn)是簡單，但如更換后的油中含有較多的環(huán)乙烷，雖然當(dāng)時(shí)油內(nèi)氫氣含量較低，但隨著互感器投入運(yùn)行，油中環(huán)乙烷脫氫反應(yīng)不斷進(jìn)行，氫氣濃度將逐漸上升，仍然無法徹底解決氫氣超標(biāo)問題，同時(shí)加大了成本的不斷投入。

4.2 真空脫氫

為了滿足金屬膨脹器在不同溫度時(shí)正常工作，膨脹器上部都會(huì)留有一定空間，因此在互感器上部裝上專用的脫氫放油閥，接入真空加油脫氣機(jī)，用真空泵抽真空一段時(shí)間，可以將互感器油內(nèi)將氫氣抽出，直到真空泵脫氫口有少量油冒出，然后將膨脹器的放油閥拆除并密封好。此方法可以在短時(shí)間解決氫氣超標(biāo)問題，但隨著油內(nèi)內(nèi)環(huán)乙烷脫氫反應(yīng)的進(jìn)行，氫氣濃度仍然會(huì)增加，同時(shí)此方法需要停電時(shí)間較長，工作強(qiáng)度較大，實(shí)施具有一定難度。

4.3 改進(jìn)型波紋式金屬膨脹器更換

目前，改進(jìn)后的波紋式金屬膨脹器所有構(gòu)件均用不銹耐酸鋼，內(nèi)部不含有鎳氧化劑，減輕了環(huán)乙烷的脫氫反應(yīng)，同時(shí)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）改進(jìn)后的波紋式金屬膨脹器額定行程下的有效容積更大，膨脹性能強(qiáng)于盒式金屬膨脹器，從而穩(wěn)定性更高，對于電流互感器的安全穩(wěn)定運(yùn)行更加有利；（2）改進(jìn)的波紋式金屬膨脹器的油溫顯示更加直觀、準(zhǔn)確。波紋式金屬膨脹器的油溫顯示原理是：當(dāng)互感器油溫變化時(shí)，互感器油的體積發(fā)生變化，指示盤隨膨脹器伸縮而上、下運(yùn)動(dòng)而顯示溫度，而盒式金屬膨脹器指針是隨膨脹器仲縮而呈弧線運(yùn)動(dòng)，弧線運(yùn)動(dòng)不如垂直運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性和直觀；（3）改進(jìn)的波紋式金屬膨脹器經(jīng)過工藝的改進(jìn)可做到互感器內(nèi)油的平均溫度在-30℃時(shí)，也不出現(xiàn)負(fù)壓，故在長期運(yùn)行中即使個(gè)別密封破壞，也只會(huì)使變壓器油滲出，而不致進(jìn)氣或進(jìn)水受潮，改造前的盒式金屬膨脹器不具備此特點(diǎn)，因此嚴(yán)重銹蝕后，水汽進(jìn)入電流互感器膨脹器內(nèi)，從而使互感器油受潮，最終導(dǎo)致互感器絕緣

降低。

5 結(jié)語

通過使用波紋式金屬膨脹器對盒式金屬膨脹器的改造，從根本上解決了原金屬膨脹器銹蝕、互感器內(nèi)變壓器油受潮以及變壓器油內(nèi)H2超標(biāo)等問題。此技術(shù)成果的應(yīng)用不受原電流互感器金屬膨脹器型號及互感器型號的限制，同時(shí)，具有實(shí)施時(shí)間短、成本低、實(shí)施性強(qiáng)等特點(diǎn)，且不會(huì)因長時(shí)間停電對電網(wǎng)運(yùn)行構(gòu)成影響，具有極高的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉凱，安越，徐國華，陳長聘.環(huán)己烷連續(xù)脫氫反應(yīng)研究[J].西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，（12）.

[2] 陳化剛.電力設(shè)備異常運(yùn)行及事故處理[M].北京：中國水利水電出版社，1998.

[3] 中華人民共和國國家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì).互感器用金屬膨脹器[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[4] 張石奎.電流互感器氫含量超標(biāo)的原因及處理方法

[J].山西電力，2002，（6）.

摘要：110kV盒式電流互感器在長期的運(yùn)行過程中出現(xiàn)的銹蝕及H2超標(biāo)現(xiàn)象，給日常維護(hù)和檢修帶來了極大麻煩。文章對電流互感器金屬膨脹器的異常現(xiàn)象進(jìn)行了原因分析，制定了改造方案和措施，同時(shí)對研究成果進(jìn)行了總結(jié)和推廣，為系統(tǒng)內(nèi)處理該類問題提供了參考。

關(guān)鍵詞：電流互感器；金屬膨脹器；化學(xué)反應(yīng)；脫氫反應(yīng)；技術(shù)指標(biāo)

中圖分類號：TM452 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1009-2374（2014）36-0039-02

1 110kV電流互感器盒式金屬膨脹器所存在的缺陷及隱患

（1）以南充供電公司為例，目前變電站所有盒式金屬膨脹器均出現(xiàn)不同程度的銹蝕現(xiàn)象，同時(shí)多數(shù)電流互感器絕緣油內(nèi)出現(xiàn)H2超標(biāo)以及絕緣降低等現(xiàn)象；（2）部分盒式金屬膨脹器油溫度顯示指針無法正常工作或是無法正確反映金屬膨脹器內(nèi)絕緣油的實(shí)際溫度；（3）一些盒式金屬膨脹器出現(xiàn)不同程度的滲油現(xiàn)象，并且無法從根本上解決。

以上盒式金屬膨脹器的缺陷情況隨著電流互感器運(yùn)行時(shí)間的增加越來越嚴(yán)重，互感器絕緣降低可能導(dǎo)致互感器爆炸，盒式金屬膨脹器油溫度顯示指針無法正常工作或是無法正確反映金屬膨脹器內(nèi)絕緣油的實(shí)際溫度，讓運(yùn)行和檢修人員無法判斷互感器的油溫和互感器內(nèi)絕緣油的剩余量。如果不能從根本上處理以上缺陷，將對電流互感器的安全穩(wěn)定運(yùn)行以及日常的維護(hù)造成很大的影響。

2 盒式金屬膨脹器H2超標(biāo)及缺陷的原因分析

通過相關(guān)文獻(xiàn)的查閱和一些技術(shù)人員的研究，目前，電流互感器油中含有H2的最可能情況有以下三種：

2.1 水分的電解及與鐵的化學(xué)反應(yīng)

當(dāng)油中存在水分時(shí)，水在電場的作用下將通過兩種反應(yīng)產(chǎn)生氫氣：（1）水分發(fā)生電解：2H2O=2H2+O2；（2）水分與鐵反應(yīng)：3H2O+2Fe→3H2+Fe2O3。

原盒式金屬膨脹器外部為鐵質(zhì)材料，銹蝕嚴(yán)重；內(nèi)部為不銹鋼材質(zhì)，銹蝕情況不嚴(yán)重，水分進(jìn)入金屬膨脹器可能性較小，同時(shí)，高壓試驗(yàn)?zāi)蛪汉细瘢^緣油微水試驗(yàn)合格，因此可以排除此種反應(yīng)的發(fā)生。

2.2 烷烴的裂化反應(yīng)

互感器內(nèi)絕緣油主要由烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴組成，其中烷烴的熱穩(wěn)定性最差。這些有機(jī)物在高溫下會(huì)發(fā)生裂化。在裂化過程中，主要是由大分子烷烴轉(zhuǎn)變成小分子烷烴、不飽和烴（烯烴和炔烴）及氫。由于當(dāng)設(shè)備內(nèi)部存在故障引起過熱或高溫而發(fā)生裂化反應(yīng)時(shí)，不同的故障溫度將產(chǎn)生不同的氣態(tài)烴，如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等，在本項(xiàng)目的油中只有氫氣含量高，其他特征氣體很低，由此可以斷定，不可能是由設(shè)備內(nèi)部故障所引起的烷烴裂化反應(yīng)。

2.3 環(huán)己烷的脫氫反應(yīng)

環(huán)己烷是變壓器油的主要成分之一，環(huán)烷烴中有一種環(huán)己烷，它在石油中的含量約為0.5%～1%，在煉油過程中，由于工藝條件的限制，難免要在變壓器油的餾分中殘留下少量的輕質(zhì)餾分，其中也可包括環(huán)己烷。這樣，在某些條件（如催化劑、溫度等）下，就可能因它發(fā)生脫氫反應(yīng)而產(chǎn)生氫。

環(huán)己烷脫氫反應(yīng)中所謂的催化劑目前在學(xué)術(shù)界中討論比較多的是金屬膨脹器合金中的鎳，鎳是一種脫氫催化劑，可以加速環(huán)己烷脫氫反應(yīng)的進(jìn)行。原盒式金屬膨脹器內(nèi)部材料為不銹鋼材質(zhì)，材質(zhì)中含鎳，因此電流互感器油中H2超標(biāo)由環(huán)乙烷脫氫所致的推論成立。

綜上所述，互感器中氫氣超標(biāo)的現(xiàn)象與乙烷脫氫最為吻合。

3 各種金屬膨脹器的技術(shù)指標(biāo)及參數(shù)

金屬膨脹器是安裝在電流互感器或電壓互感器上配套使用的一種容積補(bǔ)償組件，用以補(bǔ)償變壓器油因溫度變化而發(fā)生的體積變化，在互感器正常運(yùn)行時(shí)能保持其內(nèi)部壓力基本不變，并使互感器成為全密封產(chǎn)品。由于互感器內(nèi)的變壓器油完全與大氣隔絕，所以能長期保持變壓器油的絕緣程度，不會(huì)受潮和氧化。根據(jù)設(shè)計(jì)原理和應(yīng)用范圍不同，金屬膨脹器可分為波紋式膨脹器、盒式膨脹器、疊形波紋式膨脹器等。下面以波紋式膨脹器和盒式膨脹器為例介紹。

3.1 金屬波紋式膨脹器

由一個(gè)或多個(gè)膨脹節(jié)在外徑上做環(huán)形焊接組成的膨脹器。膨脹節(jié)由兩張波紋片在內(nèi)徑上做環(huán)形焊接而成，其縱斷面呈波紋狀，膨脹節(jié)是膨脹器的容積可變的膨脹單元。

金屬波紋膨脹器可做到互感器內(nèi)油的平均溫度在-30℃時(shí)，也不出現(xiàn)負(fù)壓，故在長期運(yùn)行中即使個(gè)別密封破壞，也只會(huì)使變壓器油滲出，而不致進(jìn)氣或進(jìn)水受潮，因意外事故使互感器內(nèi)部壓力突然升高并超過一定限度時(shí)，膨脹器將迅速伸長而將外罩上的罩蓋頂起，直至膨脹器破裂，起到互感器內(nèi)部的減壓作用。

3.2 金屬盒式膨脹器

由一個(gè)或多個(gè)膨脹盒用金屬管連通組裝而成的膨脹器。膨脹盒由兩張圓盤形波紋片做環(huán)形焊接而成，其縱斷面呈盒狀。膨脹盒是膨脹器的容積可變的膨脹單元，金屬盒式膨脹器由多個(gè)膨脹盒用金屬管連通組裝而成。外罩由罩蓋、罩壁和底盤等組成。罩壁上備有視察窗和油溫標(biāo)定線，當(dāng)互感器內(nèi)部油溫發(fā)生變化時(shí)，油的體積隨之變化，指針隨膨脹器仲縮而呈弧線運(yùn)動(dòng)。油位計(jì)與金屬盒式膨脹器主油管連接后，可用于膨脹器內(nèi)部油面的監(jiān)視和真空注油，同時(shí)還可排除內(nèi)部氣泡。

4 金屬膨脹器異常情況處理方式

4.1 換油

換油是最初處理金屬膨脹器內(nèi)氫氣超標(biāo)的主要方法之一，這種方法的最大優(yōu)點(diǎn)是簡單，但如更換后的油中含有較多的環(huán)乙烷，雖然當(dāng)時(shí)油內(nèi)氫氣含量較低，但隨著互感器投入運(yùn)行，油中環(huán)乙烷脫氫反應(yīng)不斷進(jìn)行，氫氣濃度將逐漸上升，仍然無法徹底解決氫氣超標(biāo)問題，同時(shí)加大了成本的不斷投入。

4.2 真空脫氫

為了滿足金屬膨脹器在不同溫度時(shí)正常工作，膨脹器上部都會(huì)留有一定空間，因此在互感器上部裝上專用的脫氫放油閥，接入真空加油脫氣機(jī)，用真空泵抽真空一段時(shí)間，可以將互感器油內(nèi)將氫氣抽出，直到真空泵脫氫口有少量油冒出，然后將膨脹器的放油閥拆除并密封好。此方法可以在短時(shí)間解決氫氣超標(biāo)問題，但隨著油內(nèi)內(nèi)環(huán)乙烷脫氫反應(yīng)的進(jìn)行，氫氣濃度仍然會(huì)增加，同時(shí)此方法需要停電時(shí)間較長，工作強(qiáng)度較大，實(shí)施具有一定難度。

4.3 改進(jìn)型波紋式金屬膨脹器更換

目前，改進(jìn)后的波紋式金屬膨脹器所有構(gòu)件均用不銹耐酸鋼，內(nèi)部不含有鎳氧化劑，減輕了環(huán)乙烷的脫氫反應(yīng)，同時(shí)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）改進(jìn)后的波紋式金屬膨脹器額定行程下的有效容積更大，膨脹性能強(qiáng)于盒式金屬膨脹器，從而穩(wěn)定性更高，對于電流互感器的安全穩(wěn)定運(yùn)行更加有利；（2）改進(jìn)的波紋式金屬膨脹器的油溫顯示更加直觀、準(zhǔn)確。波紋式金屬膨脹器的油溫顯示原理是：當(dāng)互感器油溫變化時(shí)，互感器油的體積發(fā)生變化，指示盤隨膨脹器伸縮而上、下運(yùn)動(dòng)而顯示溫度，而盒式金屬膨脹器指針是隨膨脹器仲縮而呈弧線運(yùn)動(dòng)，弧線運(yùn)動(dòng)不如垂直運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性和直觀；（3）改進(jìn)的波紋式金屬膨脹器經(jīng)過工藝的改進(jìn)可做到互感器內(nèi)油的平均溫度在-30℃時(shí)，也不出現(xiàn)負(fù)壓，故在長期運(yùn)行中即使個(gè)別密封破壞，也只會(huì)使變壓器油滲出，而不致進(jìn)氣或進(jìn)水受潮，改造前的盒式金屬膨脹器不具備此特點(diǎn)，因此嚴(yán)重銹蝕后，水汽進(jìn)入電流互感器膨脹器內(nèi)，從而使互感器油受潮，最終導(dǎo)致互感器絕緣

降低。

5 結(jié)語

通過使用波紋式金屬膨脹器對盒式金屬膨脹器的改造，從根本上解決了原金屬膨脹器銹蝕、互感器內(nèi)變壓器油受潮以及變壓器油內(nèi)H2超標(biāo)等問題。此技術(shù)成果的應(yīng)用不受原電流互感器金屬膨脹器型號及互感器型號的限制，同時(shí)，具有實(shí)施時(shí)間短、成本低、實(shí)施性強(qiáng)等特點(diǎn)，且不會(huì)因長時(shí)間停電對電網(wǎng)運(yùn)行構(gòu)成影響，具有極高的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉凱，安越，徐國華，陳長聘.環(huán)己烷連續(xù)脫氫反應(yīng)研究[J].西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，（12）.

[2] 陳化剛.電力設(shè)備異常運(yùn)行及事故處理[M].北京：中國水利水電出版社，1998.

[3] 中華人民共和國國家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì).互感器用金屬膨脹器[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[4] 張石奎.電流互感器氫含量超標(biāo)的原因及處理方法

[J].山西電力，2002，（6）.

摘要：110kV盒式電流互感器在長期的運(yùn)行過程中出現(xiàn)的銹蝕及H2超標(biāo)現(xiàn)象，給日常維護(hù)和檢修帶來了極大麻煩。文章對電流互感器金屬膨脹器的異常現(xiàn)象進(jìn)行了原因分析，制定了改造方案和措施，同時(shí)對研究成果進(jìn)行了總結(jié)和推廣，為系統(tǒng)內(nèi)處理該類問題提供了參考。

關(guān)鍵詞：電流互感器；金屬膨脹器；化學(xué)反應(yīng)；脫氫反應(yīng)；技術(shù)指標(biāo)

中圖分類號：TM452 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1009-2374（2014）36-0039-02

1 110kV電流互感器盒式金屬膨脹器所存在的缺陷及隱患

（1）以南充供電公司為例，目前變電站所有盒式金屬膨脹器均出現(xiàn)不同程度的銹蝕現(xiàn)象，同時(shí)多數(shù)電流互感器絕緣油內(nèi)出現(xiàn)H2超標(biāo)以及絕緣降低等現(xiàn)象；（2）部分盒式金屬膨脹器油溫度顯示指針無法正常工作或是無法正確反映金屬膨脹器內(nèi)絕緣油的實(shí)際溫度；（3）一些盒式金屬膨脹器出現(xiàn)不同程度的滲油現(xiàn)象，并且無法從根本上解決。

以上盒式金屬膨脹器的缺陷情況隨著電流互感器運(yùn)行時(shí)間的增加越來越嚴(yán)重，互感器絕緣降低可能導(dǎo)致互感器爆炸，盒式金屬膨脹器油溫度顯示指針無法正常工作或是無法正確反映金屬膨脹器內(nèi)絕緣油的實(shí)際溫度，讓運(yùn)行和檢修人員無法判斷互感器的油溫和互感器內(nèi)絕緣油的剩余量。如果不能從根本上處理以上缺陷，將對電流互感器的安全穩(wěn)定運(yùn)行以及日常的維護(hù)造成很大的影響。

2 盒式金屬膨脹器H2超標(biāo)及缺陷的原因分析

通過相關(guān)文獻(xiàn)的查閱和一些技術(shù)人員的研究，目前，電流互感器油中含有H2的最可能情況有以下三種：

2.1 水分的電解及與鐵的化學(xué)反應(yīng)

當(dāng)油中存在水分時(shí)，水在電場的作用下將通過兩種反應(yīng)產(chǎn)生氫氣：（1）水分發(fā)生電解：2H2O=2H2+O2；（2）水分與鐵反應(yīng)：3H2O+2Fe→3H2+Fe2O3。

原盒式金屬膨脹器外部為鐵質(zhì)材料，銹蝕嚴(yán)重；內(nèi)部為不銹鋼材質(zhì)，銹蝕情況不嚴(yán)重，水分進(jìn)入金屬膨脹器可能性較小，同時(shí)，高壓試驗(yàn)?zāi)蛪汉细瘢^緣油微水試驗(yàn)合格，因此可以排除此種反應(yīng)的發(fā)生。

2.2 烷烴的裂化反應(yīng)

互感器內(nèi)絕緣油主要由烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴組成，其中烷烴的熱穩(wěn)定性最差。這些有機(jī)物在高溫下會(huì)發(fā)生裂化。在裂化過程中，主要是由大分子烷烴轉(zhuǎn)變成小分子烷烴、不飽和烴（烯烴和炔烴）及氫。由于當(dāng)設(shè)備內(nèi)部存在故障引起過熱或高溫而發(fā)生裂化反應(yīng)時(shí)，不同的故障溫度將產(chǎn)生不同的氣態(tài)烴，如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等，在本項(xiàng)目的油中只有氫氣含量高，其他特征氣體很低，由此可以斷定，不可能是由設(shè)備內(nèi)部故障所引起的烷烴裂化反應(yīng)。

2.3 環(huán)己烷的脫氫反應(yīng)

環(huán)己烷是變壓器油的主要成分之一，環(huán)烷烴中有一種環(huán)己烷，它在石油中的含量約為0.5%～1%，在煉油過程中，由于工藝條件的限制，難免要在變壓器油的餾分中殘留下少量的輕質(zhì)餾分，其中也可包括環(huán)己烷。這樣，在某些條件（如催化劑、溫度等）下，就可能因它發(fā)生脫氫反應(yīng)而產(chǎn)生氫。

環(huán)己烷脫氫反應(yīng)中所謂的催化劑目前在學(xué)術(shù)界中討論比較多的是金屬膨脹器合金中的鎳，鎳是一種脫氫催化劑，可以加速環(huán)己烷脫氫反應(yīng)的進(jìn)行。原盒式金屬膨脹器內(nèi)部材料為不銹鋼材質(zhì)，材質(zhì)中含鎳，因此電流互感器油中H2超標(biāo)由環(huán)乙烷脫氫所致的推論成立。

綜上所述，互感器中氫氣超標(biāo)的現(xiàn)象與乙烷脫氫最為吻合。

3 各種金屬膨脹器的技術(shù)指標(biāo)及參數(shù)

金屬膨脹器是安裝在電流互感器或電壓互感器上配套使用的一種容積補(bǔ)償組件，用以補(bǔ)償變壓器油因溫度變化而發(fā)生的體積變化，在互感器正常運(yùn)行時(shí)能保持其內(nèi)部壓力基本不變，并使互感器成為全密封產(chǎn)品。由于互感器內(nèi)的變壓器油完全與大氣隔絕，所以能長期保持變壓器油的絕緣程度，不會(huì)受潮和氧化。根據(jù)設(shè)計(jì)原理和應(yīng)用范圍不同，金屬膨脹器可分為波紋式膨脹器、盒式膨脹器、疊形波紋式膨脹器等。下面以波紋式膨脹器和盒式膨脹器為例介紹。

3.1 金屬波紋式膨脹器

由一個(gè)或多個(gè)膨脹節(jié)在外徑上做環(huán)形焊接組成的膨脹器。膨脹節(jié)由兩張波紋片在內(nèi)徑上做環(huán)形焊接而成，其縱斷面呈波紋狀，膨脹節(jié)是膨脹器的容積可變的膨脹單元。

金屬波紋膨脹器可做到互感器內(nèi)油的平均溫度在-30℃時(shí)，也不出現(xiàn)負(fù)壓，故在長期運(yùn)行中即使個(gè)別密封破壞，也只會(huì)使變壓器油滲出，而不致進(jìn)氣或進(jìn)水受潮，因意外事故使互感器內(nèi)部壓力突然升高并超過一定限度時(shí)，膨脹器將迅速伸長而將外罩上的罩蓋頂起，直至膨脹器破裂，起到互感器內(nèi)部的減壓作用。

3.2 金屬盒式膨脹器

由一個(gè)或多個(gè)膨脹盒用金屬管連通組裝而成的膨脹器。膨脹盒由兩張圓盤形波紋片做環(huán)形焊接而成，其縱斷面呈盒狀。膨脹盒是膨脹器的容積可變的膨脹單元，金屬盒式膨脹器由多個(gè)膨脹盒用金屬管連通組裝而成。外罩由罩蓋、罩壁和底盤等組成。罩壁上備有視察窗和油溫標(biāo)定線，當(dāng)互感器內(nèi)部油溫發(fā)生變化時(shí)，油的體積隨之變化，指針隨膨脹器仲縮而呈弧線運(yùn)動(dòng)。油位計(jì)與金屬盒式膨脹器主油管連接后，可用于膨脹器內(nèi)部油面的監(jiān)視和真空注油，同時(shí)還可排除內(nèi)部氣泡。

4 金屬膨脹器異常情況處理方式

4.1 換油

換油是最初處理金屬膨脹器內(nèi)氫氣超標(biāo)的主要方法之一，這種方法的最大優(yōu)點(diǎn)是簡單，但如更換后的油中含有較多的環(huán)乙烷，雖然當(dāng)時(shí)油內(nèi)氫氣含量較低，但隨著互感器投入運(yùn)行，油中環(huán)乙烷脫氫反應(yīng)不斷進(jìn)行，氫氣濃度將逐漸上升，仍然無法徹底解決氫氣超標(biāo)問題，同時(shí)加大了成本的不斷投入。

4.2 真空脫氫

為了滿足金屬膨脹器在不同溫度時(shí)正常工作，膨脹器上部都會(huì)留有一定空間，因此在互感器上部裝上專用的脫氫放油閥，接入真空加油脫氣機(jī)，用真空泵抽真空一段時(shí)間，可以將互感器油內(nèi)將氫氣抽出，直到真空泵脫氫口有少量油冒出，然后將膨脹器的放油閥拆除并密封好。此方法可以在短時(shí)間解決氫氣超標(biāo)問題，但隨著油內(nèi)內(nèi)環(huán)乙烷脫氫反應(yīng)的進(jìn)行，氫氣濃度仍然會(huì)增加，同時(shí)此方法需要停電時(shí)間較長，工作強(qiáng)度較大，實(shí)施具有一定難度。

4.3 改進(jìn)型波紋式金屬膨脹器更換

目前，改進(jìn)后的波紋式金屬膨脹器所有構(gòu)件均用不銹耐酸鋼，內(nèi)部不含有鎳氧化劑，減輕了環(huán)乙烷的脫氫反應(yīng)，同時(shí)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）改進(jìn)后的波紋式金屬膨脹器額定行程下的有效容積更大，膨脹性能強(qiáng)于盒式金屬膨脹器，從而穩(wěn)定性更高，對于電流互感器的安全穩(wěn)定運(yùn)行更加有利；（2）改進(jìn)的波紋式金屬膨脹器的油溫顯示更加直觀、準(zhǔn)確。波紋式金屬膨脹器的油溫顯示原理是：當(dāng)互感器油溫變化時(shí)，互感器油的體積發(fā)生變化，指示盤隨膨脹器伸縮而上、下運(yùn)動(dòng)而顯示溫度，而盒式金屬膨脹器指針是隨膨脹器仲縮而呈弧線運(yùn)動(dòng)，弧線運(yùn)動(dòng)不如垂直運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性和直觀；（3）改進(jìn)的波紋式金屬膨脹器經(jīng)過工藝的改進(jìn)可做到互感器內(nèi)油的平均溫度在-30℃時(shí)，也不出現(xiàn)負(fù)壓，故在長期運(yùn)行中即使個(gè)別密封破壞，也只會(huì)使變壓器油滲出，而不致進(jìn)氣或進(jìn)水受潮，改造前的盒式金屬膨脹器不具備此特點(diǎn)，因此嚴(yán)重銹蝕后，水汽進(jìn)入電流互感器膨脹器內(nèi)，從而使互感器油受潮，最終導(dǎo)致互感器絕緣

降低。

5 結(jié)語

通過使用波紋式金屬膨脹器對盒式金屬膨脹器的改造，從根本上解決了原金屬膨脹器銹蝕、互感器內(nèi)變壓器油受潮以及變壓器油內(nèi)H2超標(biāo)等問題。此技術(shù)成果的應(yīng)用不受原電流互感器金屬膨脹器型號及互感器型號的限制，同時(shí)，具有實(shí)施時(shí)間短、成本低、實(shí)施性強(qiáng)等特點(diǎn)，且不會(huì)因長時(shí)間停電對電網(wǎng)運(yùn)行構(gòu)成影響，具有極高的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉凱，安越，徐國華，陳長聘.環(huán)己烷連續(xù)脫氫反應(yīng)研究[J].西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，（12）.

[2] 陳化剛.電力設(shè)備異常運(yùn)行及事故處理[M].北京：中國水利水電出版社，1998.

[3] 中華人民共和國國家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì).互感器用金屬膨脹器[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[4] 張石奎.電流互感器氫含量超標(biāo)的原因及處理方法

[J].山西電力，2002，（6）.