某抽水蓄能電廠500kV電纜油中乙烷含量超標原因分析

柳艷紅

（中國南方電網調峰調頻發電公司檢修試驗中心，廣東 廣州 511400）

某抽水蓄能電廠500kV電纜油中乙烷含量超標原因分析

柳艷紅

（中國南方電網調峰調頻發電公司檢修試驗中心，廣東 廣州 511400）

在對某抽水蓄能電廠500kV電纜油進行油中溶解氣體分析發現，自電纜補油后油中乙烷含量逐漸上升并超標。論文從補油工藝方法、電纜運行故障、補油油品問題3個方面對故障原因進行分析、試驗驗證。針對電纜油乙烷含量超標原因，提出了相應處理建議。

電纜油；乙烷；絕緣

1 前言

某抽水蓄能電廠（以下簡稱“電廠”）安裝有4臺單機容量為300MW的可逆式抽水蓄能機組，配備兩回充油電纜（分別為1號、2號電纜），用于實現地下廠房500kV設備與戶外500kV設備的電氣連接。

電纜采用單相、銅芯、油浸漬紙絕緣、鉛合金護層、不銹鋼加強及鎧裝聚乙烯護套500kV充油電纜，為法國的ALCATEL廠生產。電纜長約600m，高差約為200m，采用廊道電纜溝架空剛性固定敷設，環境溫度在-5℃～40℃之間，海拔高程不大于1000m。

每相電纜由5個體積為61L的油罐串聯補油以保證電纜及電纜油壓在一定值，正常運行油壓1.5bar，2.5bar為高油壓報警；電纜正常運行油溫30℃左右，45℃為高油溫報警，50℃跳閘。電纜油為某國外石油公司生產的低粘度烷基苯合成絕緣油，主要成分為C9/C10烷基苯。

2 電纜運行情況及故障過程簡介

電廠充油電纜自2001年運行以來，上終端及壓力油缸中乙烷含量一直穩定，且維持在較低水平（10μL/L以內）。自2014年4月、6月分別對2號、1號電纜上終端進行補油后，A、B、C三相上終端及壓力油缸中乙烷含量即呈現明顯上升趨勢，其他氣體組分含量未見明顯增長，電纜油擊穿電壓及介質損耗因數試驗均合格。

跟蹤檢測發現：2015年1號、2號電纜上終端及壓力油缸中乙烷含量均接近（或超出）電力設備預防性試驗規程（Q/CSG114002-2011）(以下簡稱規程)中規定的注意值（200μL/L）[1]。歷次化驗結果見表1～4。

3 故障原因分析

對電纜油歷次試驗數據、電纜補油歷史記錄進行綜合分析后，判斷故障產生原因可能為以下3個方面：①補油過程中，因工藝和方法問題導致；②電纜運行過程存在過熱故障導致；③所補油的油品質量導致。根據以上3種情況，通過逐一進行查驗、試驗驗證等方法，確定電纜油乙烷含量超注意值產生的原因。

3.1 補油過程的工藝和方法

查看電纜油歷史檢修記錄發現，電廠電纜自2000年投運以來，共經歷4次電纜油補油處理：2008年10月1號電纜B相補油、2009年4月1號電纜B相上終端電容錐更換后補油、2014年4月2號電纜補油、2014年6月1號電纜補油。歷次補油均采用相同的工藝和方法，而2008年、2009年補油后乙烷含量未見明顯增長，因此排除補油方法不當導致乙烷含量增加。

3.2 電纜運行問題

依據《GB/T 7252-2001變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》，對比電廠500kV 1號、2號充油電纜的油化驗結果，發現：充油設備放電故障的主要特征氣體C2H2并未產生，因此可以排除電纜運行的電氣故障，但未能徹底排除電纜上終端低溫過熱的可能[2]。

表1 1號電纜壓力油缸油中溶解氣體分析數據表 單位：μL/L

表2 1號電纜上終端油中溶解氣體分析數據表 單位：μL/L

表3 2號電纜壓力油缸油中溶解氣體分析數據表 單位：μL/L

表4 2號電纜上終端油中溶解氣體分析數據表 單位：μL/L

2015年3月底對電廠運行中500kV電纜三相上終端進行紅外測溫，檢查未發現局部過熱點。此外，自2000年投產以來，電纜運行一直較為穩定，兩回電纜（6相）同時故障的可能性較低。由此可以排除電纜自身運行故障導致乙烷含量增長。

3.3 補油油品問題

2014年時補油所用油品購置于2010年，存放于電廠油庫。考慮到存放條件惡劣，以及未進行充氮保護等措施，因此并不排除備品油的劣化變質，投入運行后分解導致乙烷含量的增加。為此對電纜舊油（取自電纜下終端）、電廠備品油進行進一步試驗，試驗結果分析如下：

3.3.1 對電纜舊油、備品油進行紅外譜圖鑒定

圖1 舊油/備品油紅外光譜圖

從圖1可以看出，電纜舊油、備品油紅外譜圖基本吻合，由此可以推斷，電纜舊油與所加備品油確實為同一油源、同一添加劑類型的產品，從而排除誤加油的可能。

3.3.2 抗氧化劑含量及氧化安定性測試

3.3.2.1 抗氧化劑含量測試

抗氧化劑是絕緣油中一種很重要的添加劑，能減緩油在運行中的老化速度，延長油質使用壽命。目前絕緣油中普遍使用的抗氧化劑為2，6-二叔丁基對甲酚，俗稱T501。本試驗分別對電纜舊油、備品油以及混合運行油進行抗氧化劑含量測試。測試結果見表5。

表5 舊油/備品油/混合運行油抗氧化劑含量

從表5可以看出，備品油中抗氧化劑含量僅為0.133%，低于運行中的電纜油，遠低于限值。分析原因可能為：備品油在存儲過程中氧氣、水分等進入，加速油品的老化，導致抗氧化劑的大量消耗（消耗速率快于運行中的電纜油）。

3.3.2.2 電纜舊油及備品油氧化安定性測試

依據未使用過的烴類絕緣油氧化安定性測定方法（NB/SH/T 0811-2010）分別對電纜舊油、備品油進行氧化安定性測試[3]。具體試驗方法：在待測樣品中放入固體銅催化劑，恒速通入空氣，在120℃保持164h，通過測定氧化后油品的揮發性酸值、介質損耗因素和油泥含量來評價油品的抗氧化能力。

從表6可以看出，在氧化安定性試驗過程中，備品油產生更多極性、酸性物質，因此酸值、介質損耗因素均高于電纜舊油，遠高于限值。由此可以推斷電纜備品油的氧化安定性較電纜舊油差（此結論與抗氧化劑含量測試結果一致）。

表6 舊油/備品油氧化安定性測試結果

抗氧化劑含量及氧化安定性測試結果說明：備品油氧化安定性較差，不適合直接使用。

3.3.3 對電纜舊油、備品油進行老化試驗

3.3.3.1 試驗方法

依據運行油老化測定法（DL 429.6-91）對備品油進行老化試驗，試驗后進行油中溶解氣體分析，以判斷備品油的熱穩定性[4]。（為模擬2014電纜所補油品的真實狀況，將備品油進行真空脫氣脫水后進行老化試驗）

3.3.3.2 老化后油中溶解氣體組分分析

絕緣油是由許多不同分子量的碳氫化合物分子組成的混合物，分子中含有CH3、CH2和CH化學基團并由C-C鍵鍵合在一起。由于電或熱故障的結果可以使某些C-H鍵和C-C鍵斷裂，伴隨生產少量活潑的氫原子和不穩定的碳氫化合物自由基，如：CH3·、CH2·、CH·，或 C·（其中包含許多更復雜的形式）。這些氫原子或自由基通過復雜的化學反應重新化合，形成氫氣和低分子烴類氣體，如甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、乙炔等（電纜油分解反應如圖2所示）。

圖2

備品油老化后，飽和烴類（丙烷、乙烷、甲烷）氣體含量大幅上升，其中乙烷含量增長最為顯著，由20.7μL/L增加至10914.4μL/L；不飽和烴類（丙烯、乙烯）氣體含量也明顯增加，總可燃氣體含量已高達57816.8μL/L，遠遠高于規程中運行電纜油的標準1500μL/L。從烴類氣體類型來看，備品油老化后，油品分子開始逐步斷裂成不同烴類的組分，導致油品的穩定性下降，因此可以判斷，備品油熱穩定性較差，不適合使用。

表7 備品油/老化備品油中溶解氣體分析

3.3.4 對電纜舊油、備品油進行相容性測試

依據電力絕緣油相容性的標準試驗方法（ASTM D 3455-2002），對電纜舊油、備品油進行相容性測試，具體試驗方法如下：

取500kV電纜下終端油（舊油）、電廠倉庫備品油（2014年所補油品）各2000mL于密閉容器混合后，在氮氣保護，銅片催化的條件下，放置于100℃干燥箱恒溫老化164h。混油前后分別進行界面張力、酸值、擊穿電壓、介質損耗因素、色度等測試，以判斷舊油與備品油的相容性[5]。檢測結果如表8。

表8 舊油/備品油/老化混合油油質分析數據

油質分析結果顯示：備品油的擊穿電壓、界面張力低于舊油，且擊穿電壓指標不合格。舊油、備品油混合老化后，界面張力、擊穿電壓顯著下降，酸值上升，表明有極性、酸性物質產生，導致油品性能下降。

依據規程中關于補油和混油的規定：①補充油（無論是新油或已使用的油）各項性能指標不應低于已充油；②經老化試驗的混合油樣質量不低于已充油質量，方可進行補充油過程。

由此可以判斷，這兩種油品不可以混合使用。

4 結論與討論

綜上所述，該廠電纜自身運行正常、補油工藝合理，是備品油的劣化分解導致電纜油中乙烷含量超標。

考慮到電纜中心油道較小、內部絕緣油不具備循環流動性，為此可以推斷2014年補入的油品基本只存在于壓力油缸中，極少部分進入電纜終端。且電纜內部油紙絕緣層原已充分吸附電纜油，不會與油道或電纜終端內腔的電纜油進行交換，筆者認為即使2014年所補油品部分進入電纜終端，也不會進入電纜的油紙絕緣層，對電纜的絕緣性能影響不大。

但備品油的劣化分解，乙烷含量的持續增長會對后續電纜運行故障診斷帶來一定的干擾，因此建議在條件許可的情況下對壓力油缸中油進行整體更換。

[1]Q/CSG114002-2011電力設備預防性試驗規程[S].

[2]GB/T 7252-2001變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則[S].

[3]NB/SH/T 0811-2010未使用過的烴類絕緣油氧化安定性測定方法[S].

[4]DL 429.6-91運行油老化測定法[S].

[5]ASTMD3455-2002電力絕緣油相容性的標準試驗方法[S].

TV738

B

1672-5387（2015）S-0045-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2015.S.014

2015-10-30

柳艷紅（1983-），女，工程師，從事電氣絕緣油試驗工作。