淺析變壓器油中單氫氣高問題

王玉林

摘要：本文介紹了油浸式電力變壓器絕緣油的作用及分類，闡述了油浸式變壓器油中溶解氣體的產生機理，并對油中單氫氣產生原因進行分析，從而判斷變壓器運行狀況，是否存在故障，給設備是否可以正常運行提供依據，可供在變壓器油中單氫氣高問題處理過程中參考。

關鍵詞：油浸式；單氫氣；溶解氣體；故障

一、引言

近年來，變壓器運行過程中經常有變壓器油溶解氣體中單氫偏高，而且呈遞增的趨勢的現象，造成運行單位擔憂，是否存在內部故障，是否可以繼續運行。一般來說，處理方法就是在檢修期對變壓器油進行循環脫氣，更有甚者對變壓器非計劃停機，進行檢查處理。所以，對變壓器油中氫氣產生機理及原因進行闡述、梳理、分析非常必要，避免由于變壓器故障原因判斷問題帶來不必要的人力、財力、物力浪費。

二、變壓器油的作用及分類

液體浸漬變壓器是指用絕緣液體浸漬繞組及繞組外的絕緣，絕緣液體既作為絕緣介質，同時又作為散熱冷卻的介質。目前在變壓器中使用的絕緣液體主要是礦物絕緣油，通常稱為“變壓器油”。變壓器油有以下特點：

（一）和絕緣紙結合使用，具有極高的擊穿電壓，可以減少絕緣距離，降低成本；

（二）變壓器油的黏度低，傳熱性能良好，使變壓器有良好的散熱冷卻效果；

（三）隔絕變壓器與空氣的接觸，防止受潮，減緩變壓器的老化，延長變壓器壽命。

三、變壓器油產生氫氣的原因

油浸式電力變壓器采用油-紙絕緣結構，整個器身完全浸泡在變壓器油中。通暢油中溶解氣體分析技術（Dissolved Gas Analysis—DGA）定性、定量分析變壓油中溶解氣體的組分和含量，查明變壓器油中產氣的原因，分析診斷運行中變壓器內部是否正常，及時發現潛伏性故障。

變壓器油中溶解氣體是指變壓器內以分子狀態溶解在油中的氣體，用體積百分率表示（μL/L或ppm）。溶解氣體組分主要有H2、N2、O2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、C3H6、CO、CO2等氣體。

變壓器油中氫氣的來源主要有下面幾個途徑產生：

（一）空氣的溶解

變壓器油在煉制、運輸、貯藏等過程中會與大氣接觸。可吸收空氣，對于強油循環的變壓器，因油泵的運轉和管路密封不嚴等會造成空氣混入變壓器油中，空氣中含量氫氣。

（二）變壓器正常運行中產生

變壓器在正常運行中，內部的絕緣油和固體絕緣材料由于受溫度、電場、氧氣及水分和銅、鐵等材料的催化作用，隨著運行時間的延伸發生速度緩慢的老化和分解，也會產生少量的氫氣。

（三）器身故障的產生

變壓器器身發生故障，例如：油-紙絕緣局部放電、油中火花放電、油中電弧等故障產生大量氫氣。

（四）器身受潮產生

變壓器內部進水受潮后，油中水分和含濕氣的雜質容易形成“小橋”，能引起局部放電而產生氫氣，水分在電場作用下電解作用和水與鐵的化學，也可產生大量氫氣，反應式為：

3H2O+2Fe→Fe2O3+3H2

（五）材料的釋放

器身內部使用的不銹鋼、碳素鋼等材料在制造過程中吸附氫氣，由于脫氫不徹底，在運行過程中受熱和電場的影響，會緩慢釋放出來。

四、變壓器絕緣油中單氫氣偏高分析診斷流程

根據色譜分析數據進行變壓器內部故障診斷時，應包含以下內容：

（1）分析氣體產生的原因及變化；

（2）判斷有無故障及故障類型，如過熱、電弧放電、火花放電和局部放電、懸浮放電等；

（3）判斷故障的狀況，如故障點溫度、能量、嚴重程度以及發展趨勢等；

（4）提出相應的處理措施，如能否繼續運行，以及運行期間的技術安全措施和監視手段，是否需要吊罩檢修等。若需要加強監視，則應縮短下次試驗周期。

基于這個思路，當已經分析得出油中溶解氣體含量數據以后，針對溶解氣體組分中H2含量偏高，且呈持續增長的趨勢，其它故障氣體組分含量平穩，無變化的情況，可根據氫氣產生的來源進行分析判斷變壓器內部是否存在故障或潛伏性故障。

經大量統計分析，國標對新投運設備及運行過程中的氫氣含量及變化有相關要求，當前執行的GB50150-2006《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》7.02節規定：新裝變壓器油中H2 與烴類氣體含量（μL/L）任一項不宜超過下列數值：總烴：20；H2：10；C2H2：0 為對于新裝變壓器要求； GB/ T7252-2001《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》對于投運前變壓器的H2含量要求，小于30 μL/L。

通過以上兩個相關的國標可知，對于新安裝變壓器，對于H2的要求應小于10μL/L。考慮到變壓器在送電前的靜放過程中氫氣會有一定程度上升，并在標準中對氫氣產生的原因進行了詳細分析，因此國標允許在變壓器靜放過程中氫氣有一定程度變化，所以GB/ T7252-2001《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》明確將投運前油中H2含量要求提高到30μL/L，總烴和乙炔含量要求沒有變化。

根據氫氣產生原因分析，如果器身受潮或器身內部故障，氫氣含量增長的同時氣體故障氣體（乙炔、總烴等）會變化。

所以，單氫氣含量偏高，而且持續增長的現象，氫氣的來源主要有油中溶解氣體產生、正常運行產生、材料的釋放等。其中變壓器內部不銹鋼材料有緊固件、儲油柜等部件，制造過程中吸附氫氣，由于脫氫不徹底，在運行過程中受熱和電場的影響，釋放出來的氫氣，此過程可能會比較漫長，根據經驗，不銹鋼等材料釋放氫氣時間一般為2年左右，釋放氫氣的過程中在絕緣油中色譜分析會持續增長，量值有時達到甚至幾百體積百分率。當氫氣含量達到峰值后會出現平穩或者稍下降的趨勢。

五、變壓器油中單氫氣偏高問題處理

單氫氣偏高現象，不會影響變壓器正常運行，但是為了對變壓器故障準確判斷，避免影響其它故障情況的預判分析，一般處理方法是在停電檢修期間對變壓器熱油循環脫氣處理，無需非計劃停電處理。

六、結束語

變壓器運行過程中，絕緣油中溶解氣體單氫氣含量偏高，達到國標規定的注意值時，需對變壓器運行狀況綜合分析，根據氫氣產生原因判斷變壓器是否存在故障，從而對變壓器采取必要的、準確的處理措施，避免造成不必要的浪費，保障變壓器安全運行。