某變電站35kV #2所用變絕緣油投運(yùn)后氫氣含量超標(biāo)分析

陳凌欣

摘要：本文對(duì)某變電站35kV #2所用變絕緣油氫氣含量超標(biāo)的問(wèn)題進(jìn)行研究，分析內(nèi)部絕緣受潮是引起此次氫氣含量升高的原因，并針對(duì)性的采取措施進(jìn)行解決，保證變壓器的穩(wěn)定、安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：變電站;變壓器;絕緣油;氫氣超標(biāo)

1 概述

2020年12月，國(guó)網(wǎng)福建超高壓公司在進(jìn)行某變電站35kV所用變投運(yùn)30天絕緣油中溶解氣體檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)油樣氫氣含量異常，遂展開定期取油跟蹤工作。現(xiàn)根據(jù)近期跟蹤檢測(cè)結(jié)果，對(duì)絕緣油中溶解氣體檢測(cè)結(jié)果分析過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)要分析總結(jié)，并歸納常見變壓器絕緣油氫氣含量異常所對(duì)應(yīng)故障。

2背景信息

該SZ11-800/36型變壓器于2020年11月投運(yùn)，在進(jìn)行投運(yùn)30天絕緣油中溶解氣體檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)油樣氫氣組份異常，數(shù)值達(dá)到468.9μL /L，而根據(jù)Q_GDW_1168-2013《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》，變壓器絕緣油中溶解氫氣含量應(yīng)小于等于150μL/L。后續(xù)展開跟蹤取油檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)氫氣含量有緩慢上升趨勢(shì)。

3油中溶解氣體跟蹤檢測(cè)結(jié)果分析

3.1分析方法

變壓器油中溶解的氣體主要是絕緣油或固體絕緣等有機(jī)化合物裂解的產(chǎn)物，而碳-氫鍵斷裂所需能量最低，在電、熱的作用下，氫原子最容易被分離，在短時(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)生成氫氣，所以一般認(rèn)為氫氣是最容易出現(xiàn)的油中溶解氣體，所以及時(shí)發(fā)現(xiàn)油中溶解氫氣的異常并準(zhǔn)確判斷其產(chǎn)生原因?qū)τ陬A(yù)防變壓器故障和判斷變壓器已發(fā)生故障有重要意義。

判斷油色譜數(shù)據(jù)主要以下幾種方式：

1.三比值法：主要依靠計(jì)算C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6數(shù)據(jù)得出三個(gè)比值，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為一組三位數(shù)的編碼，通過(guò)比對(duì)根據(jù)過(guò)往經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)得出的編碼表，可以判斷該油樣對(duì)應(yīng)的設(shè)備故障類型。但值得注意的是，當(dāng)油中溶解乙炔含量過(guò)低（一般指小于0.5μL/L）或過(guò)高（一般指大于100μL/L）時(shí)，三比值法得出的結(jié)論可靠性較低，此時(shí)應(yīng)優(yōu)先采用其他判斷方法。

2.其他氣體比值法：主要通過(guò)觀察O2/N2判斷絕緣油和絕緣紙的氧化情況，以及設(shè)備器身的密封情況，比值一般為0.5左右，當(dāng)數(shù)值小于0.3時(shí)就可能存在嚴(yán)重氧化的問(wèn)題;觀察C2H2/H2判斷是否存在有載開關(guān)漏油，兩種氣體含量增量的比值大于2的時(shí)候就可能存在有載開關(guān)漏油的問(wèn)題;觀察CO2/CO判斷固體絕緣及其他有機(jī)材料是否存在老化，一般情況下兩種氣體增量的比值小于3時(shí)固體絕緣就可能存在問(wèn)題。但值得注意的是，現(xiàn)階段油色譜檢測(cè)主要分為全自動(dòng)的在線油色譜裝置和人工取油送檢，人工取油在取樣和轉(zhuǎn)運(yùn)以及后期實(shí)驗(yàn)室操作過(guò)程中容易在樣品中混入少量空氣，而空氣中就含有O2、N2、CO2等氣體，對(duì)最終判斷容易產(chǎn)生影響，故在使用這些氣體比值判斷時(shí)應(yīng)當(dāng)結(jié)合其他方法進(jìn)一步提升可靠性。

3.特征氣體法：根據(jù)DL/T 722-2014《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》，各種故障對(duì)應(yīng)不同的特征氣體，可以根據(jù)下表做出判斷。

3.2檢測(cè)結(jié)果

2020年11月7日和11月11日，新設(shè)備投運(yùn)后1天及4天時(shí)對(duì)油樣進(jìn)行采集，通過(guò)油色譜檢驗(yàn)結(jié)果顯示，2020年11月7日，氫氣含量為5.9μL/L、氧氣為10625μL/L、CO為24μL/L、CO2為285μL/L、甲烷為1.3μL/L、乙烯為0.1μL/L，無(wú)乙烷，總烴為1.4μL/L，微水為8.8mg/L;，2020年11月11日，氫氣含量為25.39μL/L、氧氣為23891.12μL/L、CO為42μL/L、CO2為511μL/L、甲烷為2.02μL/L、乙烯為0.28μL/L，乙烷為0.57μL/L，總烴為2.87μL/L，微水為7.5mg/L。

由于油色譜試驗(yàn)結(jié)果中乙炔含量較少，故本結(jié)果不適合使用三比值法分析，宜采用其他氣體比值法和特征氣體法對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。

1.其他氣體比值法：計(jì)算可得CO2/CO均大于3，基本排除設(shè)備固體絕緣問(wèn)題。

2.特征氣體法：觀察各烴類氣體變化趨勢(shì)，乙烷、乙烯、乙炔變化均不明顯，故可以認(rèn)為主要特征氣體是氫氣和甲烷，雖然甲烷含量尚未超過(guò)注意值（總烴注意值為150μL/L），但氫氣含量已經(jīng)遠(yuǎn)超注意值（氫氣注意值為150μL/L），且兩種氣體含量均有隨時(shí)間上升的趨勢(shì)，符合局部放電故障所對(duì)應(yīng)的氣體特征。

3.絕對(duì)產(chǎn)氣率：ra=（ΔC/Δt）*（m/p）

ra為絕對(duì)產(chǎn)氣速率，mL/L;ΔC為兩次油中溶解氣體濃度差，uL/L;Δt為兩次取樣間設(shè)備運(yùn)行時(shí)間，天;m為設(shè)備總油重，t;p為油密度，t/m3

計(jì)算可得氫氣的絕對(duì)產(chǎn)氣率約為12mL/天，超過(guò)注意值（氫氣絕對(duì)產(chǎn)氣率注意值為10mL/天），總烴的絕對(duì)產(chǎn)氣率約為2mL/天。

4.微水含量：根據(jù)微水試驗(yàn)結(jié)果，油中溶解水分小于35mg/L，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

綜合以上幾點(diǎn)，懷疑變壓器內(nèi)部存在輕微的局部放電。后續(xù)檢查發(fā)現(xiàn)該臺(tái)變壓器存在繞組距離外殼較近的問(wèn)題，同廠家對(duì)此進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)后，后續(xù)更換新變壓器未出現(xiàn)類似問(wèn)題。

3.3檢查結(jié)果

目前普遍認(rèn)為剛投運(yùn)的變壓器出現(xiàn)氫氣超標(biāo)有三種非故障產(chǎn)生氫氣來(lái)源：

1.金屬促進(jìn)絕緣油脫氫反應(yīng)：變壓器在生產(chǎn)過(guò)程中部分零件采用不銹鋼制品，而不銹鋼的主要成分為鐵、碳、鉻、鎳等，其中所含有的鎳分子會(huì)作為催化劑促使絕緣油發(fā)生脫氫反應(yīng)，而鐵和銅等變價(jià)金屬也會(huì)加強(qiáng)相應(yīng)的氧化反應(yīng)，二者合并作用下將產(chǎn)生大量氫氣。

2.環(huán)己烷脫氫反應(yīng)：變壓器油中含有環(huán)己烷，這種化合物在電場(chǎng)作用下化學(xué)性質(zhì)較不穩(wěn)定，容易發(fā)生脫氫反應(yīng)，自行分解產(chǎn)生氫氣。

3.變壓器內(nèi)部涂層油漆釋放氫氣：變壓器內(nèi)部為了防止絕緣油腐蝕本體金屬部件，涂有油漆，其有可能緩慢分解產(chǎn)生情況，當(dāng)油漆質(zhì)量不佳時(shí)釋放氫氣速率較快，易造成超標(biāo)。

4結(jié)束語(yǔ);

變壓器油中溶解氫氣超標(biāo)，絕緣受潮老化是首要考慮的原因，分析時(shí)應(yīng)從變壓器器身密封性，變壓器生產(chǎn)過(guò)程油紙干燥程度，變壓器運(yùn)行時(shí)環(huán)境潮濕程度等角度進(jìn)行缺陷分析。本次研究中通過(guò)對(duì)變壓器絕緣油氫氣超標(biāo)的原因進(jìn)行分析并筋洗凈處理，為變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陶小龍，彭昌文.沙沱發(fā)電廠1號(hào)主變壓器絕緣油氫氣超標(biāo)原因分析及處理[J].紅水河，2018，37（3）：87-90.