變壓器氫氣含量超標(biāo)的原因分析與處理

曹軍

【摘 要】大板發(fā)電公司四臺(tái)變壓器油中氫氣含量超過(guò)注意值，通過(guò)分析檢查處理，發(fā)現(xiàn)是金屬波紋儲(chǔ)油柜不銹鋼材質(zhì)引起氫氣含量超標(biāo)，并對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行了分析處理。使變壓器氫氣含量超標(biāo)的問(wèn)題得以消除。本文對(duì)電力同行變壓器氫氣含量超標(biāo)判斷有指導(dǎo)意義。同時(shí)還對(duì)此類(lèi)問(wèn)題提出了預(yù)防措施。

【關(guān)鍵詞】電力變壓器;色譜分析;油中氫氣;儲(chǔ)油柜;三比值法

一、引言

正常運(yùn)行的變壓器油中溶解氣體的組成主要是氧氣和氮?dú)獾捎趦?nèi)部絕緣油和固體絕緣材料受溫度、電場(chǎng)、氧氣及水分和銅、鐵等材料的催化作用，隨運(yùn)行時(shí)間延伸發(fā)生速度緩慢的老化和分解，將生成少量的氫氣和烴類(lèi)氣體。如果變壓器氫氣含量出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，可能是設(shè)備進(jìn)水或有氣泡存在，引起水和鐵的化學(xué)反應(yīng);或在較高的電場(chǎng)作用下，水或氣體分子分解;以及由電暈作用產(chǎn)生;絕緣材料受潮、金屬材料脫氫反應(yīng)等。這里介紹由金屬波紋儲(chǔ)油柜不銹鋼材質(zhì)脫氫反應(yīng)引起氫氣含量超標(biāo)的現(xiàn)象，并通過(guò)數(shù)據(jù)分析和現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)得以根本解決。

二、事故經(jīng)過(guò)及采取措施

（一）事故經(jīng)過(guò)

大板發(fā)電公司一、二號(hào)機(jī)組共有兩臺(tái)高壓廠(chǎng)用變壓器（型號(hào)：SFF10-70000/20，額定電壓：20±2×2.5%/10.5-1.5kV）和兩臺(tái)公用脫硫變壓器（型號(hào)：SF9-35000/20，額定電壓：20±2×2.5%/10.5kV）于2010年現(xiàn)場(chǎng)安裝完畢，2013年1月13日投入運(yùn)行。至從變壓器投運(yùn)后，經(jīng)連續(xù)油色譜分析發(fā)現(xiàn)四臺(tái)變壓器氫氣含量持續(xù)升高，均超過(guò)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T722-2014《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》中規(guī)定的150μL/L注意值（見(jiàn)附件1）。

（二）采取措施

三比值法氣體分析能根據(jù)各組分的含量、比值、產(chǎn)氣速率判斷變壓器的故障原因及性質(zhì)，在解決各類(lèi)變壓器故障中發(fā)揮重要作用。通過(guò)三比值法進(jìn)行故障診斷代碼為“011”判斷故障表現(xiàn)為中溫過(guò)熱，由于只有氫氣含量超標(biāo)，而其它烴類(lèi)氣體并沒(méi)有明顯增長(zhǎng)趨勢(shì)，因此利用三比值法進(jìn)行故障診斷沒(méi)有指導(dǎo)意義，只有油中氣體各組分含量足夠高或超過(guò)注意值，并且經(jīng)綜合分析確定變壓器內(nèi)部存在故障后，才能進(jìn)一步用三比值法判斷故障性質(zhì)。因此氫氣含量超過(guò)注意值，但總烴并未發(fā)生突變，懷疑是新變壓器剛投入運(yùn)行時(shí)，由于制造廠(chǎng)在干燥、浸漬及電氣試驗(yàn)過(guò)程中，絕緣材料受熱和在電應(yīng)力的作用下產(chǎn)生的氣體被多孔性纖維材料吸收，殘留于線(xiàn)圈和紙板內(nèi)，此外，金屬材料如奧氏體不銹鋼、碳素鋼等還可能吸藏一定的氫氣，在運(yùn)行初期氫氣含量較高并逐步增長(zhǎng)，一般大約在半年至一年達(dá)到最大值后才逐漸降低，鑒于此原因，大板發(fā)電公司在繼續(xù)觀(guān)察運(yùn)行的同時(shí)采取了以下措施：

1.定期用鉗形電流表檢測(cè)變壓器鐵芯、夾件的接地電流，均小于100mA，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

2.將油色譜取樣間隔時(shí)間縮短為每月一次增加化驗(yàn)次數(shù)，通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及時(shí)掌握氫氣含量及總烴變化趨勢(shì)。

3.加強(qiáng)設(shè)備的巡檢每周用紅外成像儀對(duì)變壓器本體進(jìn)行測(cè)溫，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的過(guò)熱部位。

4.定期對(duì)變壓器油進(jìn)行擊穿耐壓試驗(yàn)大于60kV、介損小于4%、微水小于10mg/L，均符合GB/T7595-2008《運(yùn)行中變壓器油質(zhì)量》中標(biāo)準(zhǔn)。

5.利用機(jī)組停機(jī)機(jī)會(huì)進(jìn)行變壓器繞組直流電阻、絕緣電阻、吸收比試驗(yàn)、繞組tgδ測(cè)試、泄露電流測(cè)試等，上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)均合格。

三、氫氣產(chǎn)生原因分析

2015年初鑒于1A高廠(chǎng)變壓器氫氣含量有趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)，判斷新投運(yùn)設(shè)備氫氣釋放已基本完成達(dá)到飽和狀態(tài);同年3月31日對(duì)1A高廠(chǎng)變壓器進(jìn)行真空濾油處理，沒(méi)想到氫氣含量并沒(méi)有趨于穩(wěn)定反而有加速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。2016年7月4日變壓器氫氣含量再次持續(xù)增加達(dá)到310.75 μL/L，考慮到真空濾油只能除去油中的氫氣，如果絕緣材料受潮需要進(jìn)行抽真空脫氣處理，因此7月7日將變壓器油全部排到油罐里，然后用真空泵對(duì)變壓器內(nèi)部進(jìn)行抽真空，抽到內(nèi)部殘壓133Pa以下維持8小時(shí)，在維持真空的條件下將油罐中的油重新真空注回到變壓器內(nèi)，并進(jìn)行真空濾油12小時(shí)。2017年1月16日氫氣含量再次達(dá)到199.74μL/L（見(jiàn)附件2），而其他三臺(tái)變壓器氫氣含量也在持續(xù)升高。因此變壓器氫氣含量超標(biāo)應(yīng)從以下幾方面進(jìn)行分析：

（1）對(duì)于新投入運(yùn)行的變壓器來(lái)說(shuō)，特性氣體含量（除C2H2外）有一定的變化當(dāng)屬正常，這是由于變壓器內(nèi)部絕緣油和固體絕緣材料受溫度、電場(chǎng)的作用以及制造過(guò)程中的殘氣在運(yùn)行中逐漸釋放到油中，使其濃度達(dá)到最大值后，慢慢趨于穩(wěn)定，但四臺(tái)變壓器運(yùn)行多年氫氣含量并沒(méi)有趨于穩(wěn)定，濾油后氫氣含量及產(chǎn)氣速率明顯加快，說(shuō)明氫氣含量超標(biāo)與新設(shè)備殘氣沒(méi)有關(guān)系。

（2）如果變壓器進(jìn)水或絕緣材料受潮將會(huì)造成氫氣含量增加，此時(shí)進(jìn)行抽真空脫氣處理，氫氣含量會(huì)趨于穩(wěn)定，并且油耐壓試驗(yàn)、介損、微水含量均合格，因此可以排除變壓器進(jìn)水或絕緣材料受潮的問(wèn)題。

（3）火花放電、局部放電、電弧等均會(huì)引起氫氣含量升高，根據(jù)近幾年變壓器油色譜跟蹤分析結(jié)果，這四臺(tái)變壓器油中H2氣體的增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯，而烴類(lèi)氣體含量雖略有增加，但增速都相對(duì)緩慢，且其絕對(duì)值都沒(méi)有超過(guò)注意值，特別是沒(méi)有產(chǎn)生C2H2氣體。再?gòu)目偀N來(lái)看，其絕對(duì)值和增長(zhǎng)速率均在正常范圍內(nèi)，由此可判斷該主變壓器內(nèi)部不存在潛伏性故障。

（4）金屬波紋儲(chǔ)油柜，采用超柔性不銹鋼波紋補(bǔ)償器作為容積補(bǔ)償元件和隔離密封元件，由于不銹鋼材質(zhì)在變壓器油逐漸氧化過(guò)程中，不銹鋼材料中的鎳分子會(huì)促進(jìn)變壓器油產(chǎn)生脫氫反應(yīng)。在這個(gè)過(guò)程中，鐵、同等

金屬能夠加強(qiáng)油的氧化反應(yīng)作用。由于它們具有可變的原子價(jià)，促使過(guò)氧化物分解，起著氧化反應(yīng)催化劑的作用，同時(shí)產(chǎn)生大量的氫氣。由于四臺(tái)變壓器金屬儲(chǔ)油柜均為同一廠(chǎng)家生產(chǎn)并且同一批次產(chǎn)品，因此懷疑不銹鋼材質(zhì)脫氫反應(yīng)引起氫氣含量超標(biāo)的可能性較大。

四、處理情況

經(jīng)過(guò)分析已經(jīng)初步判斷是金屬波紋儲(chǔ)油柜不銹鋼材質(zhì)引起的氫氣含量超標(biāo)，于是2017年3月16日真空濾油后將1A高廠(chǎng)變金屬波紋儲(chǔ)油柜更換為膠囊式儲(chǔ)油柜，設(shè)備運(yùn)行到2019年7月4日氫氣含量為62.46μL/L，期間并沒(méi)有出現(xiàn)持續(xù)上升的趨勢(shì)，總烴也保持穩(wěn)定，說(shuō)明氫氣上漲與金屬波紋儲(chǔ)油柜有直接關(guān)系。2018年9月30日又將2B公用脫硫變金屬波紋儲(chǔ)油柜更換為膠囊式儲(chǔ)油柜，并進(jìn)行真空濾油處理，運(yùn)行到2019年7月份氫氣含量為11.39μL/L，氫氣增長(zhǎng)平穩(wěn)。說(shuō)明不銹鋼波紋儲(chǔ)油柜是造成變壓器氫氣含量超標(biāo)的主要原因。油色譜分析數(shù)據(jù)見(jiàn)附件3。

五、結(jié)論

通過(guò)將變壓器金屬波紋儲(chǔ)油柜更換為膠囊式儲(chǔ)油柜，氫氣含量超標(biāo)的問(wèn)題得到了有效的解決，說(shuō)明大量氫氣產(chǎn)生與儲(chǔ)油柜不銹鋼材質(zhì)有直接關(guān)系。下一步將對(duì)另外兩臺(tái)變壓器金屬波紋儲(chǔ)油柜進(jìn)行更換，徹底解決我廠(chǎng)變壓器氫氣含量超標(biāo)的問(wèn)題。

六、結(jié)束語(yǔ)

變壓器在正常運(yùn)行中總會(huì)產(chǎn)生一些氫氣，如果氫氣含量超標(biāo)而其他氣體并沒(méi)有發(fā)生明顯變化，不應(yīng)該判斷變壓器內(nèi)部出現(xiàn)故障，而應(yīng)該綜合考慮變壓器運(yùn)行工況、檢修記錄、巡檢記錄和運(yùn)行記錄，綜合設(shè)備的各方面數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷，縮短監(jiān)測(cè)周期密切關(guān)注其他可燃?xì)怏w的變化，可以準(zhǔn)確判斷出故障原因，避免浪費(fèi)大量人力物力，最終進(jìn)行有效處理，保障設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1] DL/T722-2014，變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則

[2] DL/T596-1996 電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程

[3] 變壓器油及相關(guān)故障診斷處理技術(shù)/錢(qián)旭耀編著-中國(guó)電力出版社2006

（作者單位：內(nèi)蒙古大板發(fā)電有限責(zé)任公司）