一起500kV變壓器油中氫氣超標(biāo)原因分析及處理措施

高曉東++菅有為++袁計(jì)委++尹國(guó)慧

摘 要：運(yùn)行中的電力變壓器，常常會(huì)出現(xiàn)油中氫氣含量超標(biāo)，而氫氣含量的增長(zhǎng)，不少情況下是電性故障的前兆，也會(huì)造成變壓器絕緣的缺陷，所以氫氣含量也是變壓器能否繼續(xù)安全運(yùn)行的重要指標(biāo)之一，本文通過處理一起500kV變壓器油中氫氣超標(biāo)事件，分析氫氣超標(biāo)原因并給出處理措施及建議。

關(guān)鍵詞：氫氣超標(biāo)；油色譜分析；局部放電；熱油循環(huán)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.002

1 故障概述

某500kV變電站#1主變A相型號(hào)為ODPS-250000/500，自2013年3月28日投運(yùn)以來(lái)，氫（H2）和甲烷（CH4）不斷增長(zhǎng)，投運(yùn)3個(gè)月后增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯，6個(gè)月后氫超過規(guī)程注意值150μL/L，且（CO、CO2、C2H6）也有不同程度的增長(zhǎng)。2014年以來(lái)H2組份增長(zhǎng)速度明顯加快，8月29日色譜分析氫（H2）已經(jīng)達(dá)到304μL/L，超過注意值一倍，甲烷（CH4）達(dá)到22μL/L。在線色譜檢測(cè)裝置發(fā)二級(jí)報(bào)警信號(hào)。

2015年2月10日，因電網(wǎng)方式變化，#1主變由運(yùn)行轉(zhuǎn)熱備用，方式變化前離線色譜分析氫（H2）達(dá)457μL/L。3月4日，#1主變由熱備用轉(zhuǎn)運(yùn)行，此時(shí)色譜分析氫（H2）已經(jīng)達(dá)到466μL/L。3月18日，#1主變由運(yùn)行轉(zhuǎn)熱備用。

為進(jìn)一步排查問題，2015年5月5日，申請(qǐng)將#1主變由熱備用轉(zhuǎn)為運(yùn)行，離線色譜分析氫（H2）達(dá)497μL/L。

2 故障判斷

針對(duì)油中氫（H2）不斷增長(zhǎng)的問題，對(duì)油進(jìn)行了油耐壓和微水含量測(cè)試，試驗(yàn)數(shù)據(jù)均在正常范圍內(nèi)，由于伴隨甲烷等氣體的產(chǎn)生，檢修人員懷疑存在放電現(xiàn)象。2015年5月6日，檢修人員使用JD-S100型變電站局放帶電檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)#1主變A相進(jìn)行測(cè)試。

測(cè)試過程：采用高頻、特高頻和超聲法對(duì)#1主變A相進(jìn)行測(cè)試，在#1主變A相上測(cè)得異常的超聲信號(hào)，但未測(cè)得異常的高頻及特高頻信號(hào)。采用多個(gè)超聲傳感器進(jìn)行同步測(cè)試，綠色、紅色、紫色標(biāo)識(shí)的超聲傳感器分別粘貼在變壓器的外壁上，對(duì)應(yīng)的測(cè)試結(jié)果用相同的顏色來(lái)標(biāo)識(shí)。

為進(jìn)一步確定超聲信號(hào)源的位置，在變壓器箱體的西側(cè)外壁上粘貼多個(gè)傳感器進(jìn)行同步測(cè)試，首先測(cè)試超聲信號(hào)沿著水平方向的變化情況，各傳感器的具體位置及測(cè)試并得知，超聲信號(hào)源應(yīng)靠近紫色標(biāo)識(shí)的傳感器，結(jié)合變壓器的結(jié)構(gòu)，超聲信號(hào)源應(yīng)位于中性點(diǎn)套管與箱體中心線之間的區(qū)域。

接下來(lái)，測(cè)試超聲信號(hào)沿著垂直方向的變化情況，測(cè)試照片及典型的測(cè)試結(jié)果，由此得知，靠近外壁中間位置的超聲信號(hào)幅值較大，且在時(shí)間上中間位置的超聲信號(hào)超前于其它位置，因而，超聲信號(hào)源應(yīng)靠近外壁中間位置，該信號(hào)由局放產(chǎn)生。經(jīng)過多次移動(dòng)超聲傳感器對(duì)比測(cè)試，最后確定超聲信號(hào)源應(yīng)位于靠近變壓器西側(cè)外壁中間位置，位于油箱中心線與中性點(diǎn)套管之間的區(qū)域。

3 處理措施

確定內(nèi)部存在放電之后，結(jié)合停電對(duì)故障主變進(jìn)行處理，與廠家溝通后決定采用熱油循環(huán)的處理措施，處理過程如下：

（1）變壓器停電后，使用高真空濾油機(jī)采用上進(jìn)下出的方式對(duì)本體進(jìn)行熱油循環(huán)，循環(huán)時(shí)濾油機(jī)出口油溫65±5℃，至頂層油溫至45℃后停止循環(huán)。

（2）使用油泵對(duì)本體快速放油，至放空，放油過程中持續(xù)充入熱干燥空氣（加熱溫度不小于35℃），干燥空氣露點(diǎn)不小于-40℃。

（3）當(dāng)環(huán)境溫度大于等于20℃，對(duì)本體進(jìn)行抽真空，真空度不小于40Pa；當(dāng)環(huán)境溫度低于20℃，向本體內(nèi)部注入本體一半的油量，并立即對(duì)本體進(jìn)行熱油循環(huán)，循環(huán)時(shí)濾油機(jī)出口油溫65±5℃。如此反復(fù)進(jìn)行不少于兩天的時(shí)間后，將本體內(nèi)部變壓器油注至溫度曲線要求后，停止注油。

（4）再次對(duì)本體進(jìn)行熱油循環(huán)，使用高真空濾油機(jī)采用上進(jìn)下出的方式對(duì)本體進(jìn)行熱油循環(huán)，循環(huán)時(shí)濾油機(jī)出口油溫65±5℃，取油樣化驗(yàn)合格后停止循環(huán)。

（5）靜放72小時(shí)后進(jìn)行常規(guī)及局放試驗(yàn)，各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)均在合理范圍內(nèi)。

4 原因分析

變壓器無(wú)論是熱故障還是電故障，都會(huì)導(dǎo)致絕緣介質(zhì)裂解產(chǎn)生一些特征氣體，其中，氫氣是各種故障氣體的主要成分之一；氫氣超標(biāo)的主要原因有以下幾點(diǎn)[1，2]：環(huán)己烷脫氫反應(yīng)、變壓器進(jìn)水受潮使金屬物發(fā)生銹蝕反應(yīng)、變壓器油發(fā)生低溫?zé)峤庖约鞍l(fā)生局部放電等。

本案例變壓器油中產(chǎn)生大量的氫氣，同時(shí)產(chǎn)生甲烷（CH4）、乙烯（C2H6）等低碳烴，氫氣（H2）的增長(zhǎng)過程都與甲烷（CH4）顯著相關(guān)，且超聲波局部放電測(cè)試明顯檢測(cè)到放電信號(hào)，能量較低所以色譜分析中沒有發(fā)現(xiàn)乙炔（C2H2）；經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間熱油循環(huán)恢復(fù)正常，說(shuō)明不存在固體絕緣損壞情況；綜合以上情況判斷，此次氫氣（H2）超標(biāo)主要由于變壓器絕緣紙烘干效果不好，存在一定水分，投運(yùn)后，內(nèi)部產(chǎn)生低能量的局部放電，進(jìn)而氫含量才不斷增長(zhǎng)。

5 建議

變壓器在正常運(yùn)行中總會(huì)產(chǎn)生一些氫氣，在變壓器出現(xiàn)異?；蚬收瞎r時(shí)，氫氣作為最基本的特征氣體會(huì)首先發(fā)生變化，因此發(fā)現(xiàn)變壓器油出現(xiàn)氫氣（H2）超標(biāo)時(shí)，不要盲目根據(jù)某一數(shù)值下定論，首先要綜合考慮變壓器運(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；其次要縮短檢測(cè)周期，關(guān)注故障的發(fā)展劣化趨勢(shì)；再次，在故障判別時(shí)要積極關(guān)注變壓器油中分解出與故障性質(zhì)和故障嚴(yán)重程度相關(guān)的各種氣體，通過這些氣體的種類、含量和數(shù)量變化趨勢(shì)可以準(zhǔn)確判斷出故障原因，最終進(jìn)行有效處理，保障設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]王志勇.變壓器油中氫氣含量超標(biāo)分析與處理[J].電力安全技術(shù)，2011，33（01）：86-90.

[2]姜金德，鄧嶸.一起主變壓器氫氣超標(biāo)的分析及處理[J].廣西電力，2007，1（02）：71-75.