某抽水蓄能電廠500kV電纜油中乙烷含量超標(biāo)原因分析

柳艷紅

（中國(guó)南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司檢修試驗(yàn)中心，廣東 廣州 511400）

某抽水蓄能電廠500kV電纜油中乙烷含量超標(biāo)原因分析

柳艷紅

（中國(guó)南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司檢修試驗(yàn)中心，廣東 廣州 511400）

在對(duì)某抽水蓄能電廠500kV電纜油進(jìn)行油中溶解氣體分析發(fā)現(xiàn)，自電纜補(bǔ)油后油中乙烷含量逐漸上升并超標(biāo)。論文從補(bǔ)油工藝方法、電纜運(yùn)行故障、補(bǔ)油油品問(wèn)題3個(gè)方面對(duì)故障原因進(jìn)行分析、試驗(yàn)驗(yàn)證。針對(duì)電纜油乙烷含量超標(biāo)原因，提出了相應(yīng)處理建議。

電纜油；乙烷；絕緣

1 前言

某抽水蓄能電廠（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“電廠”）安裝有4臺(tái)單機(jī)容量為300MW的可逆式抽水蓄能機(jī)組，配備兩回充油電纜（分別為1號(hào)、2號(hào)電纜），用于實(shí)現(xiàn)地下廠房500kV設(shè)備與戶(hù)外500kV設(shè)備的電氣連接。

電纜采用單相、銅芯、油浸漬紙絕緣、鉛合金護(hù)層、不銹鋼加強(qiáng)及鎧裝聚乙烯護(hù)套500kV充油電纜，為法國(guó)的ALCATEL廠生產(chǎn)。電纜長(zhǎng)約600m，高差約為200m，采用廊道電纜溝架空剛性固定敷設(shè)，環(huán)境溫度在-5℃～40℃之間，海拔高程不大于1000m。

每相電纜由5個(gè)體積為61L的油罐串聯(lián)補(bǔ)油以保證電纜及電纜油壓在一定值，正常運(yùn)行油壓1.5bar，2.5bar為高油壓報(bào)警；電纜正常運(yùn)行油溫30℃左右，45℃為高油溫報(bào)警，50℃跳閘。電纜油為某國(guó)外石油公司生產(chǎn)的低粘度烷基苯合成絕緣油，主要成分為C9/C10烷基苯。

2 電纜運(yùn)行情況及故障過(guò)程簡(jiǎn)介

電廠充油電纜自2001年運(yùn)行以來(lái)，上終端及壓力油缸中乙烷含量一直穩(wěn)定，且維持在較低水平（10μL/L以?xún)?nèi)）。自2014年4月、6月分別對(duì)2號(hào)、1號(hào)電纜上終端進(jìn)行補(bǔ)油后，A、B、C三相上終端及壓力油缸中乙烷含量即呈現(xiàn)明顯上升趨勢(shì)，其他氣體組分含量未見(jiàn)明顯增長(zhǎng)，電纜油擊穿電壓及介質(zhì)損耗因數(shù)試驗(yàn)均合格。

跟蹤檢測(cè)發(fā)現(xiàn)：2015年1號(hào)、2號(hào)電纜上終端及壓力油缸中乙烷含量均接近（或超出）電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程（Q/CSG114002-2011）(以下簡(jiǎn)稱(chēng)規(guī)程)中規(guī)定的注意值（200μL/L）[1]。歷次化驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1～4。

3 故障原因分析

對(duì)電纜油歷次試驗(yàn)數(shù)據(jù)、電纜補(bǔ)油歷史記錄進(jìn)行綜合分析后，判斷故障產(chǎn)生原因可能為以下3個(gè)方面：①補(bǔ)油過(guò)程中，因工藝和方法問(wèn)題導(dǎo)致；②電纜運(yùn)行過(guò)程存在過(guò)熱故障導(dǎo)致；③所補(bǔ)油的油品質(zhì)量導(dǎo)致。根據(jù)以上3種情況，通過(guò)逐一進(jìn)行查驗(yàn)、試驗(yàn)驗(yàn)證等方法，確定電纜油乙烷含量超注意值產(chǎn)生的原因。

3.1 補(bǔ)油過(guò)程的工藝和方法

查看電纜油歷史檢修記錄發(fā)現(xiàn)，電廠電纜自2000年投運(yùn)以來(lái)，共經(jīng)歷4次電纜油補(bǔ)油處理：2008年10月1號(hào)電纜B相補(bǔ)油、2009年4月1號(hào)電纜B相上終端電容錐更換后補(bǔ)油、2014年4月2號(hào)電纜補(bǔ)油、2014年6月1號(hào)電纜補(bǔ)油。歷次補(bǔ)油均采用相同的工藝和方法，而2008年、2009年補(bǔ)油后乙烷含量未見(jiàn)明顯增長(zhǎng)，因此排除補(bǔ)油方法不當(dāng)導(dǎo)致乙烷含量增加。

3.2 電纜運(yùn)行問(wèn)題

依據(jù)《GB/T 7252-2001變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》，對(duì)比電廠500kV 1號(hào)、2號(hào)充油電纜的油化驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)：充油設(shè)備放電故障的主要特征氣體C2H2并未產(chǎn)生，因此可以排除電纜運(yùn)行的電氣故障，但未能徹底排除電纜上終端低溫過(guò)熱的可能[2]。

表1 1號(hào)電纜壓力油缸油中溶解氣體分析數(shù)據(jù)表 單位：μL/L

表2 1號(hào)電纜上終端油中溶解氣體分析數(shù)據(jù)表 單位：μL/L

表3 2號(hào)電纜壓力油缸油中溶解氣體分析數(shù)據(jù)表 單位：μL/L

表4 2號(hào)電纜上終端油中溶解氣體分析數(shù)據(jù)表 單位：μL/L

2015年3月底對(duì)電廠運(yùn)行中500kV電纜三相上終端進(jìn)行紅外測(cè)溫，檢查未發(fā)現(xiàn)局部過(guò)熱點(diǎn)。此外，自2000年投產(chǎn)以來(lái)，電纜運(yùn)行一直較為穩(wěn)定，兩回電纜（6相）同時(shí)故障的可能性較低。由此可以排除電纜自身運(yùn)行故障導(dǎo)致乙烷含量增長(zhǎng)。

3.3 補(bǔ)油油品問(wèn)題

2014年時(shí)補(bǔ)油所用油品購(gòu)置于2010年，存放于電廠油庫(kù)。考慮到存放條件惡劣，以及未進(jìn)行充氮保護(hù)等措施，因此并不排除備品油的劣化變質(zhì)，投入運(yùn)行后分解導(dǎo)致乙烷含量的增加。為此對(duì)電纜舊油（取自電纜下終端）、電廠備品油進(jìn)行進(jìn)一步試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果分析如下：

3.3.1 對(duì)電纜舊油、備品油進(jìn)行紅外譜圖鑒定

圖1 舊油/備品油紅外光譜圖

從圖1可以看出，電纜舊油、備品油紅外譜圖基本吻合，由此可以推斷，電纜舊油與所加備品油確實(shí)為同一油源、同一添加劑類(lèi)型的產(chǎn)品，從而排除誤加油的可能。

3.3.2 抗氧化劑含量及氧化安定性測(cè)試

3.3.2.1 抗氧化劑含量測(cè)試

抗氧化劑是絕緣油中一種很重要的添加劑，能減緩油在運(yùn)行中的老化速度，延長(zhǎng)油質(zhì)使用壽命。目前絕緣油中普遍使用的抗氧化劑為2，6-二叔丁基對(duì)甲酚，俗稱(chēng)T501。本試驗(yàn)分別對(duì)電纜舊油、備品油以及混合運(yùn)行油進(jìn)行抗氧化劑含量測(cè)試。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 舊油/備品油/混合運(yùn)行油抗氧化劑含量

從表5可以看出，備品油中抗氧化劑含量?jī)H為0.133%，低于運(yùn)行中的電纜油，遠(yuǎn)低于限值。分析原因可能為：備品油在存儲(chǔ)過(guò)程中氧氣、水分等進(jìn)入，加速油品的老化，導(dǎo)致抗氧化劑的大量消耗（消耗速率快于運(yùn)行中的電纜油）。

3.3.2.2 電纜舊油及備品油氧化安定性測(cè)試

依據(jù)未使用過(guò)的烴類(lèi)絕緣油氧化安定性測(cè)定方法（NB/SH/T 0811-2010）分別對(duì)電纜舊油、備品油進(jìn)行氧化安定性測(cè)試[3]。具體試驗(yàn)方法：在待測(cè)樣品中放入固體銅催化劑，恒速通入空氣，在120℃保持164h，通過(guò)測(cè)定氧化后油品的揮發(fā)性酸值、介質(zhì)損耗因素和油泥含量來(lái)評(píng)價(jià)油品的抗氧化能力。

從表6可以看出，在氧化安定性試驗(yàn)過(guò)程中，備品油產(chǎn)生更多極性、酸性物質(zhì)，因此酸值、介質(zhì)損耗因素均高于電纜舊油，遠(yuǎn)高于限值。由此可以推斷電纜備品油的氧化安定性較電纜舊油差（此結(jié)論與抗氧化劑含量測(cè)試結(jié)果一致）。

表6 舊油/備品油氧化安定性測(cè)試結(jié)果

抗氧化劑含量及氧化安定性測(cè)試結(jié)果說(shuō)明：備品油氧化安定性較差，不適合直接使用。

3.3.3 對(duì)電纜舊油、備品油進(jìn)行老化試驗(yàn)

3.3.3.1 試驗(yàn)方法

依據(jù)運(yùn)行油老化測(cè)定法（DL 429.6-91）對(duì)備品油進(jìn)行老化試驗(yàn)，試驗(yàn)后進(jìn)行油中溶解氣體分析，以判斷備品油的熱穩(wěn)定性[4]。（為模擬2014電纜所補(bǔ)油品的真實(shí)狀況，將備品油進(jìn)行真空脫氣脫水后進(jìn)行老化試驗(yàn)）

3.3.3.2 老化后油中溶解氣體組分分析

絕緣油是由許多不同分子量的碳?xì)浠衔锓肿咏M成的混合物，分子中含有CH3、CH2和CH化學(xué)基團(tuán)并由C-C鍵鍵合在一起。由于電或熱故障的結(jié)果可以使某些C-H鍵和C-C鍵斷裂，伴隨生產(chǎn)少量活潑的氫原子和不穩(wěn)定的碳?xì)浠衔镒杂苫?，如：CH3·、CH2·、CH·，或 C·（其中包含許多更復(fù)雜的形式）。這些氫原子或自由基通過(guò)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)重新化合，形成氫氣和低分子烴類(lèi)氣體，如甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、乙炔等（電纜油分解反應(yīng)如圖2所示）。

圖2

備品油老化后，飽和烴類(lèi)（丙烷、乙烷、甲烷）氣體含量大幅上升，其中乙烷含量增長(zhǎng)最為顯著，由20.7μL/L增加至10914.4μL/L；不飽和烴類(lèi)（丙烯、乙烯）氣體含量也明顯增加，總可燃?xì)怏w含量已高達(dá)57816.8μL/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于規(guī)程中運(yùn)行電纜油的標(biāo)準(zhǔn)1500μL/L。從烴類(lèi)氣體類(lèi)型來(lái)看，備品油老化后，油品分子開(kāi)始逐步斷裂成不同烴類(lèi)的組分，導(dǎo)致油品的穩(wěn)定性下降，因此可以判斷，備品油熱穩(wěn)定性較差，不適合使用。

表7 備品油/老化備品油中溶解氣體分析

3.3.4 對(duì)電纜舊油、備品油進(jìn)行相容性測(cè)試

依據(jù)電力絕緣油相容性的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法（ASTM D 3455-2002），對(duì)電纜舊油、備品油進(jìn)行相容性測(cè)試，具體試驗(yàn)方法如下：

取500kV電纜下終端油（舊油）、電廠倉(cāng)庫(kù)備品油（2014年所補(bǔ)油品）各2000mL于密閉容器混合后，在氮?dú)獗Ｗo(hù)，銅片催化的條件下，放置于100℃干燥箱恒溫老化164h?；煊颓昂蠓謩e進(jìn)行界面張力、酸值、擊穿電壓、介質(zhì)損耗因素、色度等測(cè)試，以判斷舊油與備品油的相容性[5]。檢測(cè)結(jié)果如表8。

表8 舊油/備品油/老化混合油油質(zhì)分析數(shù)據(jù)

油質(zhì)分析結(jié)果顯示：備品油的擊穿電壓、界面張力低于舊油，且擊穿電壓指標(biāo)不合格。舊油、備品油混合老化后，界面張力、擊穿電壓顯著下降，酸值上升，表明有極性、酸性物質(zhì)產(chǎn)生，導(dǎo)致油品性能下降。

依據(jù)規(guī)程中關(guān)于補(bǔ)油和混油的規(guī)定：①補(bǔ)充油（無(wú)論是新油或已使用的油）各項(xiàng)性能指標(biāo)不應(yīng)低于已充油；②經(jīng)老化試驗(yàn)的混合油樣質(zhì)量不低于已充油質(zhì)量，方可進(jìn)行補(bǔ)充油過(guò)程。

由此可以判斷，這兩種油品不可以混合使用。

4 結(jié)論與討論

綜上所述，該廠電纜自身運(yùn)行正常、補(bǔ)油工藝合理，是備品油的劣化分解導(dǎo)致電纜油中乙烷含量超標(biāo)。

考慮到電纜中心油道較小、內(nèi)部絕緣油不具備循環(huán)流動(dòng)性，為此可以推斷2014年補(bǔ)入的油品基本只存在于壓力油缸中，極少部分進(jìn)入電纜終端。且電纜內(nèi)部油紙絕緣層原已充分吸附電纜油，不會(huì)與油道或電纜終端內(nèi)腔的電纜油進(jìn)行交換，筆者認(rèn)為即使2014年所補(bǔ)油品部分進(jìn)入電纜終端，也不會(huì)進(jìn)入電纜的油紙絕緣層，對(duì)電纜的絕緣性能影響不大。

但備品油的劣化分解，乙烷含量的持續(xù)增長(zhǎng)會(huì)對(duì)后續(xù)電纜運(yùn)行故障診斷帶來(lái)一定的干擾，因此建議在條件許可的情況下對(duì)壓力油缸中油進(jìn)行整體更換。

[1]Q/CSG114002-2011電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程[S].

[2]GB/T 7252-2001變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則[S].

[3]NB/SH/T 0811-2010未使用過(guò)的烴類(lèi)絕緣油氧化安定性測(cè)定方法[S].

[4]DL 429.6-91運(yùn)行油老化測(cè)定法[S].

[5]ASTMD3455-2002電力絕緣油相容性的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法[S].

TV738

B

1672-5387（2015）S-0045-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2015.S.014

2015-10-30

柳艷紅（1983-），女，工程師，從事電氣絕緣油試驗(yàn)工作。