變壓器油中腐蝕性硫的危害及解決辦法

黃燕

（江蘇方天電力技術(shù)有限公司，江蘇 南京211102）

變壓器油品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)隨變壓器等級上升而逐年提高，但經(jīng)實驗室檢測，油務(wù)監(jiān)督檢測人員發(fā)現(xiàn)在220～500 kV 中存在5%油品腐蝕性硫檢測不合格，腐蝕性硫的存在可與變壓器內(nèi)銅導(dǎo)線接觸并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成硫化物附著于絕緣紙表面，干擾絕緣紙正常電氣性能，使其逐步喪失絕緣功能，導(dǎo)致安全事故發(fā)生。為確保這些腐蝕性硫不合格設(shè)備安全可靠運(yùn)行，對存在硫腐蝕的變壓器油選擇合適的處理方法是目前急需解決的問題。

1 變壓器油中腐蝕性硫的來源

電力系統(tǒng)中采用一種由多元素組合而成的絕緣油，其由天然石油煉化而成，成分及成分性質(zhì)相對復(fù)雜，既有化合物，也有單一元素。但在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，出于對穩(wěn)定性的考慮，有些油廠商利用二芐基二硫化物（DBDS）加工形成化合物，添加于變壓器油當(dāng)中，作為穩(wěn)定劑以及抗氧化劑，可將變壓器硫總量控制在0.5%以下，但硫與空氣接觸，加之溫度變化，其活性硫中所含高腐蝕性元素，如硫化氫、硫醇、元素硫等，則開始作用于金屬，發(fā)生反應(yīng)后生成硫化物。此外，中國電力變壓器油也不乏國外進(jìn)口產(chǎn)品，但多數(shù)產(chǎn)品為未添加抗氧化劑或僅添加少量抗氧化劑的低精煉油品，其中含有高濃度硫醇，腐蝕強(qiáng)度更高。

2 變壓器油中腐蝕性硫的危害

2.1 硫化亞銅生成機(jī)理

變壓器油中的腐蝕性硫與銅作用產(chǎn)生硫化亞銅的機(jī)理比較復(fù)雜，具體的機(jī)理作用狀況如下。

在一定條件下，油中所含的腐蝕性硫會分解出一種名為硫醇的物質(zhì)，硫醇能夠很輕易地與包括銅在內(nèi)的多種類型金屬進(jìn)行反應(yīng)，生成硫醇鹽。在變壓器的日常運(yùn)行過程中，銅無法避免與空氣接觸，從而必然有一部分被空氣氧化，氧化銅經(jīng)溫度變化、物理化學(xué)反應(yīng)后，溶解于變壓器油當(dāng)中，為硫醇與之發(fā)生反應(yīng)提供了契機(jī)，在變壓器油中生成硫醇銅。而在氧氣條件滿足的情況下，硫醇銅將被分解，形成新物質(zhì)——硫化亞銅（Cu2S）。

硫醇銅至硫化亞銅分解過程化學(xué)反應(yīng)式表達(dá)如下：2Cu+O2=＞Cu2O，Cu2O+2RSH=＞2CuSR+H2O，2CuSR=＞Cu2S+RSR，其中，RSH 為硫醇，R 為任意烴基。

2.2 硫化亞銅對變壓器的危害

硫化亞銅與硫醇銅等都為硫化物的一種，但硫化亞銅具有更強(qiáng)的導(dǎo)電性能，可作為微導(dǎo)電物質(zhì)，且與變壓器油本身及絕緣紙相比，其導(dǎo)電性能也更強(qiáng)。因而，在變壓器運(yùn)行當(dāng)中，硫醇銅最初分解出硫化亞銅后，通常分布在繞組內(nèi)線圈銅導(dǎo)體表面上，受沉積量影響，僅能造成輕微危害，無法導(dǎo)致絕緣故障、短路故障或?qū)娱g、匝間局部放電情況。但變壓器運(yùn)行過程中，變壓器油為非固定狀態(tài)，在流動期間，繞組內(nèi)線圈銅導(dǎo)體表面不斷被沖擊，使硫化亞銅沉積量越來越多，并在被分解出后懸浮在變壓器油當(dāng)中，逐步堆積到絕緣板上，當(dāng)含量累積到一定程度后，硫化亞銅的影響與危害增大，其可通過對變壓器內(nèi)電場分布情況的改變，影響繞組內(nèi)線圈對電壓的耐受能力，影響程度超出繞組內(nèi)線圈上限，則產(chǎn)生繞組內(nèi)局部放電情況，電流強(qiáng)度可擊穿絕緣材料，危害巨大，嚴(yán)重則導(dǎo)致電力變壓器燒毀。

2.3 影響硫化亞銅產(chǎn)生因素分析

分析電力變壓器硫化亞銅產(chǎn)生因素后得出，其生成因素主要包括以下內(nèi)容：①變壓器油本身含有腐蝕性硫是變壓器內(nèi)部產(chǎn)生硫化亞銅的前提。通過上述關(guān)于腐蝕性硫來源及危害的分析可知，導(dǎo)致腐蝕性硫產(chǎn)生危害的主要元素為硫化亞銅，而其產(chǎn)生元素為變壓器油，進(jìn)口油品因加工工藝水平低，無法將天然硫有效清除；而經(jīng)過精煉后的油品，也會因含二芐基二硫化物（DBDS）等元素外加劑的使用而產(chǎn)生腐蝕性硫。②硫化亞銅的產(chǎn)生與溫度相關(guān)。經(jīng)過大量試驗研究表明，在溫度達(dá)到80 ℃以上時，則會產(chǎn)生上述分解反應(yīng)，生成新的硫化物；在溫度升至100 ℃時，化學(xué)反應(yīng)速度也將隨著溫度升高而變快，硫化亞銅沉積需要12 周完成；而當(dāng)溫度升至120 ℃時，形成硫化亞銅沉積僅需要3 周時間則可完成。③在變壓器油中，腐蝕性硫?qū)儆谝活惪寡趸瘎摽寡趸瘎┑幕瘜W(xué)性質(zhì)并不穩(wěn)定。當(dāng)變壓器正常運(yùn)行時，抗氧化劑會自行與變壓器油中原本存在的某些氧化物之間進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成其他物質(zhì)，使其不再具有腐蝕性。由此可見，油中含氧量的高低，在很大程度上影響了硫化亞銅的產(chǎn)生量，開放型變壓器的硫化亞銅的產(chǎn)生量必然低于全密封型的變壓器。④在一部分電氣設(shè)備中，為了防止銅與變壓器油之間產(chǎn)生接觸，將漆包銅線工藝應(yīng)用到了設(shè)備制造中，即對設(shè)備銅表面進(jìn)行涂刷，從而在根源上避免設(shè)備運(yùn)行期間形成硫化亞銅沉積。

3 變壓器油中腐蝕性硫的定性檢測方法

精準(zhǔn)檢測變壓器油中腐蝕性硫含量是抑制其危害的關(guān)鍵，也可為預(yù)防腐蝕性硫誘發(fā)變壓器故障提供可靠依據(jù)。但現(xiàn)階段，國內(nèi)外雖出臺了諸多檢測腐蝕性硫含量標(biāo)準(zhǔn)，如ASTM D1275—2006、IEC 62535—2008 以及中國的SH/T 0804—2007、GB 25961—2010、DL/T 285—2012 等，但在實際操作中，不同溫度下，檢測方法持續(xù)發(fā)揮價值時間不同。具體來講，需要持續(xù)性檢測，反映腐蝕性硫含量變化情況，因而需在絕緣油當(dāng)中放置金屬銅片，觀察金屬硫化物變色情況進(jìn)行判斷，依照不同實驗標(biāo)準(zhǔn)，需要準(zhǔn)備不同實驗材料以及精準(zhǔn)控制實驗環(huán)境條件，往往不同標(biāo)準(zhǔn)間結(jié)果差異較大。如基于DL/T 285—2012（等效于IEC 62535—2008）標(biāo)準(zhǔn)展開實驗，由于實驗條件嚴(yán)苛，實驗材料采用裹絕緣紙銅片，需在150 ℃高溫環(huán)境下持續(xù)放置72 h，通過觀察銅帶的變色和紙帶吸附狀況來對油進(jìn)行評估，能較真實地反映變壓器中繞組的腐蝕性硫情況。此試驗方法已被推薦成為國際電工委員會（IEC）標(biāo)準(zhǔn)。

4 變壓器油中腐蝕性硫危害的解決辦法

通過對以往發(fā)現(xiàn)的電力變壓器腐蝕性硫問題出現(xiàn)所產(chǎn)生的危害進(jìn)行事故原因分析之后，領(lǐng)域內(nèi)專家基本認(rèn)為，想要實現(xiàn)對變壓器防腐蝕性硫事故發(fā)生的提前預(yù)測，僅單純依賴于對實驗室中常規(guī)的電氣試驗結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)總結(jié)，同時輔助以變壓器油的各項參數(shù)進(jìn)行試驗這一方案，無法真正有效對事故進(jìn)行提前預(yù)測，有的在事故爆發(fā)的前一天仍舊未發(fā)生任何運(yùn)行異常之處，包括色譜分析方面，也處于正常狀態(tài)，常規(guī)預(yù)防性試驗效果相對片面，無法提前預(yù)警事故，實現(xiàn)預(yù)防目標(biāo)。

目前，國際上較為公認(rèn)的方法是在變壓器油中添加鈍化劑，此化學(xué)物品是由苯駢三氮唑所產(chǎn)生的一種派生物，當(dāng)將其作用在金屬銅的表面上時，會自動形成一層保護(hù)膜，用以避免變壓器上的組線圈出現(xiàn)氧化問題，同時也能夠最大程度避免變壓器與油中的腐蝕性硫之間發(fā)生接觸。經(jīng)過大量的試驗研究表明，在容易受到腐蝕性硫問題危害的電力變壓器上添加鈍化劑之后，到目前均未出現(xiàn)過因在變壓器油中添加鈍化劑而產(chǎn)生對設(shè)備本身負(fù)面影響情況，但添加鈍化劑的效果僅為抑制硫化亞銅進(jìn)一步發(fā)生逆向反應(yīng)，效果有限，還需采取以下手段加強(qiáng)對硫腐蝕的控制：選擇合適的方法對變壓器進(jìn)行腐蝕性硫的檢測，評估變壓器運(yùn)行中可能發(fā)生的有效風(fēng)險以及實際運(yùn)行狀態(tài)；提高變壓器散熱系統(tǒng)檢測頻次，定期展開變壓器系統(tǒng)清理，以保持散熱良好；基于色譜分析法展開對變壓器內(nèi)溶解氣體的準(zhǔn)確分析，確定是否有過熱現(xiàn)象發(fā)生，準(zhǔn)確定位過熱部位，提高對該部位絕緣變壓器狀態(tài)的重視；基于對變壓器油的嚴(yán)格控制，盡可能杜絕油中氧氣的存在，以破壞硫腐蝕發(fā)生條件。

5 結(jié)束語

通過對全文內(nèi)容進(jìn)行分析能夠發(fā)現(xiàn)，電網(wǎng)運(yùn)行過程中，對于大型電力變壓器的需求量十分大，導(dǎo)致腐蝕性硫的問題解決工作推進(jìn)情況并不樂觀，尤其是在解決方案的執(zhí)行上，僅是在實驗室內(nèi)不斷地推斷總結(jié)經(jīng)驗，這對于變壓器中腐蝕性硫問題的解決危害性極高。在這一基礎(chǔ)上，文中初步就該問題進(jìn)行了解答和提出意見，希望能夠為解決變壓器腐蝕性硫問題帶來幫助，最終提升電廠供電質(zhì)量和效率。