油色譜在線監(jiān)測裝置管路腐蝕原因分析

廖建平 劉志峰 侯明春 陳 偉 黃家杰 李為明

（超高壓輸電公司電力科研院，廣州 510663）

0 引言

油中溶解氣體是表征運行電力變壓器早期潛伏性故障的重要特征量之一。對于變壓器來說，能夠通過油中溶解氣體組分成分、含量及含量比值的不同對故障類型及嚴重程度進行有效識別和判斷。油色譜在線監(jiān)測裝置[1-2]可實時檢測油中溶解氣體，能充分彌補實驗室離線色譜的不足，是保障變壓器安全的有效手段。隨著電力系統(tǒng)的迅速發(fā)展，油色譜在線監(jiān)測裝置也將擁有更為廣泛的應(yīng)用需求，在國家大力發(fā)展智慧電網(wǎng)的背景下，油色譜在線監(jiān)測裝置的地位也將越來越重要。

本文針對某換流站變壓器油色譜在線監(jiān)測裝置輸油管道漏油問題，開展了管道腐蝕方面的分析，同時結(jié)合PVC膠粘劑的溶出特性試驗，得到了管道漏油的根本原因，并提出了相應(yīng)的防范措施，可為現(xiàn)場運維人員提供一些指導(dǎo)。

1 設(shè)備及缺陷情況

2022年6月，某站點發(fā)現(xiàn)#2主變A、B、C相油色譜在線監(jiān)測裝置箱子底部（用硅膠全封堵）存在不同程度油跡，運維人員隨即對油跡區(qū)域進行全面排查，當檢查到輸油管護套時，發(fā)現(xiàn)護套油滿并溢出，如圖1所示，可推斷油跡來源于油色譜在線監(jiān)測裝置輸油管路。隨即對護套進行破拆，發(fā)現(xiàn)管路（不銹鋼材質(zhì)）腐蝕極為嚴重，如圖2所示。

圖1 #2主變A相底部油跡及護套油位圖

圖2 現(xiàn)場實物圖

本次腐蝕穿孔的油色譜在線監(jiān)測裝置于2008年投運。2022年2月，該站點#2主變大修期間重新更換油管，在鋁塑管內(nèi)注滿變壓器油，并在裝置側(cè)鋁塑管引出油杯，油杯內(nèi)安裝高低液位傳感器，通過監(jiān)測鋁塑管內(nèi)油位變化來反饋輸油管道及鋁塑管是否破裂，其目的是減輕運維人員的巡視壓力。

2 原因分析

2.1 宏觀形貌分析

對#2主變的油管開展全面檢查，腐蝕情況如表1所示，檢查發(fā)現(xiàn)腐蝕集中發(fā)生在裝置側(cè)紅色方框位置（油色譜在線監(jiān)測裝置側(cè)，以下簡稱裝置側(cè)），如圖3所示，腐蝕區(qū)域表面存在大量蝕坑與蝕孔，部分蝕孔較深，其中漏油處已腐蝕穿孔，蝕孔呈不規(guī)則形狀，腐蝕區(qū)域整體表現(xiàn)出點蝕特征。

表1 油管腐蝕情況表

圖3 腐蝕區(qū)域位置

2.2 微觀形貌分析

為進一步分析腐蝕原因，對管路未腐蝕區(qū)與腐蝕區(qū)開展SEM及EDS檢測，測試結(jié)果如圖4、圖5及表2所示。結(jié)果表明：相對于未腐蝕區(qū)，腐蝕區(qū)中的氧元素顯著增加、鐵元素明顯降低，這意味著不銹鋼表面腐蝕后生成了較多的鐵氧化物，另外，值得注意的是腐蝕區(qū)氯元素由無到有，含量占比1.7%，這是不銹鋼發(fā)生氯離子腐蝕的顯著特征。

表2 EDS檢測結(jié)果表

圖4 管路未腐蝕區(qū)

圖5 管路腐蝕區(qū)

2.3 離子分析

采集鋁塑管內(nèi)油樣進行檢測，發(fā)現(xiàn)樣品明顯分層，其中上層較深，下層較淺（經(jīng)向運維單位核實，管路浸入雨水，深色部分為油溶液，淺色部分為水溶液），如圖6所示。因為油樣不能作為樣品直接進樣分析，因此必須將油中氯離子分離、提取后形成水溶液。本文選擇提取過程相對簡單的水提取法[3]提取油樣中的氯離子進行檢測，結(jié)果如圖6所示，其中油中氯離子的含量約為0.1mg/L，而水中氯離子含量高達151mg/L，考慮到水比變壓器油密度高，側(cè)面印證了底部管道曾處于高濃度的氯離子水溶液環(huán)境中。

圖6 樣品實物圖及離子檢測結(jié)果

2.4 原因分析

通常情況下，不銹鋼材料不發(fā)生腐蝕，因為它具備優(yōu)異的耐蝕性能，這源于其表面致密的氧化膜，但在一些特殊的環(huán)境下也會腐蝕，主要為點蝕、應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕以及縫隙腐蝕等，其中：（1）點蝕是指集中于金屬表面很小范圍并深入到金屬內(nèi)部的腐蝕形態(tài)，如圖7所示，表現(xiàn)形式為蝕孔直徑小、深度深；（2）應(yīng)力腐蝕是指在應(yīng)力和腐蝕共同作用下產(chǎn)生的脆性斷裂現(xiàn)象，表現(xiàn)形式為有裂紋，方向宏觀上和應(yīng)力方向垂直；（3）晶間腐蝕是指在特定介質(zhì)作用下沿著晶界向內(nèi)部發(fā)展的腐蝕現(xiàn)象，表現(xiàn)形式為金屬表面界限分明，溝壑狀形貌明顯；（4）縫隙腐蝕是指發(fā)生在狹縫內(nèi)的一類局部腐蝕，表現(xiàn)形態(tài)多樣，一般發(fā)生在金屬間的連接結(jié)構(gòu)或金屬與非金屬之間的密封結(jié)構(gòu)中。

圖7 典型的點蝕形貌示意圖

結(jié)合輸油管的宏觀分析、微觀分析以及離子分析結(jié)果，可確認：本次油色譜在線監(jiān)測裝置管道穿孔腐蝕是氯離子點蝕行為[4-5]，對于不銹鋼而言，點蝕發(fā)展迅速, 不易提防，是破壞力最強的腐蝕類型之一。

3 腐蝕性元素溯源分析

EDS檢測結(jié)果顯示油管周圍的介質(zhì)環(huán)境中含有豐富的氯元素，為確認腐蝕性元素的來源，采集通道涉及的材料進行紅外分析，主要為H形帶旁通管和鋁塑管。結(jié)果表明H形帶旁通管（圖8）為聚丙烯材質(zhì)和鋁塑管（圖9）為聚乙烯材質(zhì)，兩者均不含有氯元素。后經(jīng)調(diào)查，油色譜在線監(jiān)測裝置輸油管道連接處曾采用PVC膠水粘接，PVC膠水又稱PVC膠粘劑，是一種單組份新型全透明溶液膠，一般用于塑料與塑料、塑料與金屬、塑料與非金屬互粘或交叉粘接。PVC膠粘劑[6]主要通過低分子量聚氯乙烯溶解于適宜的溶劑(四氫呋喃、環(huán)己酮、二氯甲烷等)中配制而成，為提高粘接強度或降低成本，可在配方中加入適量的改性樹脂、填料、增塑劑和偶聯(lián)劑等。

圖8 H形帶旁通管紅外光譜圖

圖9 鋁塑管紅外光譜圖

為驗證PVC膠粘劑在該環(huán)境的溶出特性，設(shè)置三組對比試驗，其中試驗環(huán)境分別為：（1）200mL油+5mLPVC；（2）200mL水+5mLPVC；（3）100mL油+100mL+5mLPVC，試驗時間為一個月，結(jié)果如圖10所示：200mL油+5mLPVC條件下的氯離子含量約為0.25mg/L，200mL水+5mLPVC條件下的氯離子含量約為5mg/L，100mL油+100mL+5mLPVC條件下的氯離子含量約為2.4mg/L。結(jié)果表明：在沒有水的環(huán)境下，PVC膠粘劑直接與變壓器油接觸時氯元素溶出較少，但只要混入水，PVC膠粘劑的氯元素溶出速率將急速增長。

圖10 離子檢測結(jié)果

由此可見，本次事件是因為油色譜在線監(jiān)測裝置輸油管道連接處采用PVC膠水粘接，且密封不良混入雨水，導(dǎo)致PVC膠水氯元素溶出速度加快，進而引發(fā)了油色譜在線監(jiān)測裝置輸油管道腐蝕問題的發(fā)生。

4 結(jié)語

本文針對某換流站變壓器油色譜在線監(jiān)測裝置輸油管道腐蝕問題，結(jié)合剖管分析結(jié)果和模擬試驗結(jié)果，得出以下結(jié)論：

（1）油色譜在線監(jiān)測裝置管路存在腐蝕漏油的風(fēng)險，運維人員在日常工作中要加強巡視；

（2）本次油色譜在線監(jiān)測裝置管道腐蝕是因為密封不良混入雨水，PVC膠粘劑溶出氯元素導(dǎo)致的點蝕；

（3）水會顯著加快PVC膠粘劑的溶出速率，因此在日常使用過程中，如有防腐要求，應(yīng)注意防水設(shè)計。