淺析變壓器油中單氫氣高問(wèn)題

王玉林

摘要：本文介紹了油浸式電力變壓器絕緣油的作用及分類，闡述了油浸式變壓器油中溶解氣體的產(chǎn)生機(jī)理，并對(duì)油中單氫氣產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，從而判斷變壓器運(yùn)行狀況，是否存在故障，給設(shè)備是否可以正常運(yùn)行提供依據(jù)，可供在變壓器油中單氫氣高問(wèn)題處理過(guò)程中參考。

關(guān)鍵詞：油浸式；單氫氣；溶解氣體；故障

一、引言

近年來(lái)，變壓器運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常有變壓器油溶解氣體中單氫偏高，而且呈遞增的趨勢(shì)的現(xiàn)象，造成運(yùn)行單位擔(dān)憂，是否存在內(nèi)部故障，是否可以繼續(xù)運(yùn)行。一般來(lái)說(shuō)，處理方法就是在檢修期對(duì)變壓器油進(jìn)行循環(huán)脫氣，更有甚者對(duì)變壓器非計(jì)劃停機(jī)，進(jìn)行檢查處理。所以，對(duì)變壓器油中氫氣產(chǎn)生機(jī)理及原因進(jìn)行闡述、梳理、分析非常必要，避免由于變壓器故障原因判斷問(wèn)題帶來(lái)不必要的人力、財(cái)力、物力浪費(fèi)。

二、變壓器油的作用及分類

液體浸漬變壓器是指用絕緣液體浸漬繞組及繞組外的絕緣，絕緣液體既作為絕緣介質(zhì)，同時(shí)又作為散熱冷卻的介質(zhì)。目前在變壓器中使用的絕緣液體主要是礦物絕緣油，通常稱為“變壓器油”。變壓器油有以下特點(diǎn)：

（一）和絕緣紙結(jié)合使用，具有極高的擊穿電壓，可以減少絕緣距離，降低成本；

（二）變壓器油的黏度低，傳熱性能良好，使變壓器有良好的散熱冷卻效果；

（三）隔絕變壓器與空氣的接觸，防止受潮，減緩變壓器的老化，延長(zhǎng)變壓器壽命。

三、變壓器油產(chǎn)生氫氣的原因

油浸式電力變壓器采用油-紙絕緣結(jié)構(gòu)，整個(gè)器身完全浸泡在變壓器油中。通暢油中溶解氣體分析技術(shù)（Dissolved Gas Analysis—DGA）定性、定量分析變壓油中溶解氣體的組分和含量，查明變壓器油中產(chǎn)氣的原因，分析診斷運(yùn)行中變壓器內(nèi)部是否正常，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛伏性故障。

變壓器油中溶解氣體是指變壓器內(nèi)以分子狀態(tài)溶解在油中的氣體，用體積百分率表示（μL/L或ppm）。溶解氣體組分主要有H2、N2、O2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、C3H6、CO、CO2等氣體。

變壓器油中氫氣的來(lái)源主要有下面幾個(gè)途徑產(chǎn)生：

（一）空氣的溶解

變壓器油在煉制、運(yùn)輸、貯藏等過(guò)程中會(huì)與大氣接觸?？晌湛諝?，對(duì)于強(qiáng)油循環(huán)的變壓器，因油泵的運(yùn)轉(zhuǎn)和管路密封不嚴(yán)等會(huì)造成空氣混入變壓器油中，空氣中含量氫氣。

（二）變壓器正常運(yùn)行中產(chǎn)生

變壓器在正常運(yùn)行中，內(nèi)部的絕緣油和固體絕緣材料由于受溫度、電場(chǎng)、氧氣及水分和銅、鐵等材料的催化作用，隨著運(yùn)行時(shí)間的延伸發(fā)生速度緩慢的老化和分解，也會(huì)產(chǎn)生少量的氫氣。

（三）器身故障的產(chǎn)生

變壓器器身發(fā)生故障，例如：油-紙絕緣局部放電、油中火花放電、油中電弧等故障產(chǎn)生大量氫氣。

（四）器身受潮產(chǎn)生

變壓器內(nèi)部進(jìn)水受潮后，油中水分和含濕氣的雜質(zhì)容易形成“小橋”，能引起局部放電而產(chǎn)生氫氣，水分在電場(chǎng)作用下電解作用和水與鐵的化學(xué)，也可產(chǎn)生大量氫氣，反應(yīng)式為：

3H2O+2Fe→Fe2O3+3H2

（五）材料的釋放

器身內(nèi)部使用的不銹鋼、碳素鋼等材料在制造過(guò)程中吸附氫氣，由于脫氫不徹底，在運(yùn)行過(guò)程中受熱和電場(chǎng)的影響，會(huì)緩慢釋放出來(lái)。

四、變壓器絕緣油中單氫氣偏高分析診斷流程

根據(jù)色譜分析數(shù)據(jù)進(jìn)行變壓器內(nèi)部故障診斷時(shí)，應(yīng)包含以下內(nèi)容：

（1）分析氣體產(chǎn)生的原因及變化；

（2）判斷有無(wú)故障及故障類型，如過(guò)熱、電弧放電、火花放電和局部放電、懸浮放電等；

（3）判斷故障的狀況，如故障點(diǎn)溫度、能量、嚴(yán)重程度以及發(fā)展趨勢(shì)等；

（4）提出相應(yīng)的處理措施，如能否繼續(xù)運(yùn)行，以及運(yùn)行期間的技術(shù)安全措施和監(jiān)視手段，是否需要吊罩檢修等。若需要加強(qiáng)監(jiān)視，則應(yīng)縮短下次試驗(yàn)周期。

基于這個(gè)思路，當(dāng)已經(jīng)分析得出油中溶解氣體含量數(shù)據(jù)以后，針對(duì)溶解氣體組分中H2含量偏高，且呈持續(xù)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，其它故障氣體組分含量平穩(wěn)，無(wú)變化的情況，可根據(jù)氫氣產(chǎn)生的來(lái)源進(jìn)行分析判斷變壓器內(nèi)部是否存在故障或潛伏性故障。

經(jīng)大量統(tǒng)計(jì)分析，國(guó)標(biāo)對(duì)新投運(yùn)設(shè)備及運(yùn)行過(guò)程中的氫氣含量及變化有相關(guān)要求，當(dāng)前執(zhí)行的GB50150-2006《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》7.02節(jié)規(guī)定：新裝變壓器油中H2 與烴類氣體含量（μL/L）任一項(xiàng)不宜超過(guò)下列數(shù)值：總烴：20；H2：10；C2H2：0 為對(duì)于新裝變壓器要求； GB/ T7252-2001《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》對(duì)于投運(yùn)前變壓器的H2含量要求，小于30 μL/L。

通過(guò)以上兩個(gè)相關(guān)的國(guó)標(biāo)可知，對(duì)于新安裝變壓器，對(duì)于H2的要求應(yīng)小于10μL/L?？紤]到變壓器在送電前的靜放過(guò)程中氫氣會(huì)有一定程度上升，并在標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)氫氣產(chǎn)生的原因進(jìn)行了詳細(xì)分析，因此國(guó)標(biāo)允許在變壓器靜放過(guò)程中氫氣有一定程度變化，所以GB/ T7252-2001《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》明確將投運(yùn)前油中H2含量要求提高到30μL/L，總烴和乙炔含量要求沒(méi)有變化。

根據(jù)氫氣產(chǎn)生原因分析，如果器身受潮或器身內(nèi)部故障，氫氣含量增長(zhǎng)的同時(shí)氣體故障氣體（乙炔、總烴等）會(huì)變化。

所以，單氫氣含量偏高，而且持續(xù)增長(zhǎng)的現(xiàn)象，氫氣的來(lái)源主要有油中溶解氣體產(chǎn)生、正常運(yùn)行產(chǎn)生、材料的釋放等。其中變壓器內(nèi)部不銹鋼材料有緊固件、儲(chǔ)油柜等部件，制造過(guò)程中吸附氫氣，由于脫氫不徹底，在運(yùn)行過(guò)程中受熱和電場(chǎng)的影響，釋放出來(lái)的氫氣，此過(guò)程可能會(huì)比較漫長(zhǎng)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，不銹鋼等材料釋放氫氣時(shí)間一般為2年左右，釋放氫氣的過(guò)程中在絕緣油中色譜分析會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)，量值有時(shí)達(dá)到甚至幾百體積百分率。當(dāng)氫氣含量達(dá)到峰值后會(huì)出現(xiàn)平穩(wěn)或者稍下降的趨勢(shì)。

五、變壓器油中單氫氣偏高問(wèn)題處理

單氫氣偏高現(xiàn)象，不會(huì)影響變壓器正常運(yùn)行，但是為了對(duì)變壓器故障準(zhǔn)確判斷，避免影響其它故障情況的預(yù)判分析，一般處理方法是在停電檢修期間對(duì)變壓器熱油循環(huán)脫氣處理，無(wú)需非計(jì)劃停電處理。

六、結(jié)束語(yǔ)

變壓器運(yùn)行過(guò)程中，絕緣油中溶解氣體單氫氣含量偏高，達(dá)到國(guó)標(biāo)規(guī)定的注意值時(shí)，需對(duì)變壓器運(yùn)行狀況綜合分析，根據(jù)氫氣產(chǎn)生原因判斷變壓器是否存在故障，從而對(duì)變壓器采取必要的、準(zhǔn)確的處理措施，避免造成不必要的浪費(fèi)，保障變壓器安全運(yùn)行。