某變電站35kV #2所用變絕緣油投運后氫氣含量超標(biāo)分析

陳凌欣

摘要：本文對某變電站35kV #2所用變絕緣油氫氣含量超標(biāo)的問題進行研究，分析內(nèi)部絕緣受潮是引起此次氫氣含量升高的原因，并針對性的采取措施進行解決，保證變壓器的穩(wěn)定、安全運行。

關(guān)鍵詞：變電站;變壓器;絕緣油;氫氣超標(biāo)

1 概述

2020年12月，國網(wǎng)福建超高壓公司在進行某變電站35kV所用變投運30天絕緣油中溶解氣體檢測中發(fā)現(xiàn)油樣氫氣含量異常，遂展開定期取油跟蹤工作?，F(xiàn)根據(jù)近期跟蹤檢測結(jié)果，對絕緣油中溶解氣體檢測結(jié)果分析過程進行簡要分析總結(jié)，并歸納常見變壓器絕緣油氫氣含量異常所對應(yīng)故障。

2背景信息

該SZ11-800/36型變壓器于2020年11月投運，在進行投運30天絕緣油中溶解氣體檢測中發(fā)現(xiàn)油樣氫氣組份異常，數(shù)值達到468.9μL /L，而根據(jù)Q_GDW_1168-2013《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》，變壓器絕緣油中溶解氫氣含量應(yīng)小于等于150μL/L。后續(xù)展開跟蹤取油檢測，發(fā)現(xiàn)氫氣含量有緩慢上升趨勢。

3油中溶解氣體跟蹤檢測結(jié)果分析

3.1分析方法

變壓器油中溶解的氣體主要是絕緣油或固體絕緣等有機化合物裂解的產(chǎn)物，而碳-氫鍵斷裂所需能量最低，在電、熱的作用下，氫原子最容易被分離，在短時間內(nèi)經(jīng)過復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)生成氫氣，所以一般認為氫氣是最容易出現(xiàn)的油中溶解氣體，所以及時發(fā)現(xiàn)油中溶解氫氣的異常并準(zhǔn)確判斷其產(chǎn)生原因?qū)τ陬A(yù)防變壓器故障和判斷變壓器已發(fā)生故障有重要意義。

判斷油色譜數(shù)據(jù)主要以下幾種方式：

1.三比值法：主要依靠計算C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6數(shù)據(jù)得出三個比值，進而轉(zhuǎn)化為一組三位數(shù)的編碼，通過比對根據(jù)過往經(jīng)驗統(tǒng)計得出的編碼表，可以判斷該油樣對應(yīng)的設(shè)備故障類型。但值得注意的是，當(dāng)油中溶解乙炔含量過低（一般指小于0.5μL/L）或過高（一般指大于100μL/L）時，三比值法得出的結(jié)論可靠性較低，此時應(yīng)優(yōu)先采用其他判斷方法。

2.其他氣體比值法：主要通過觀察O2/N2判斷絕緣油和絕緣紙的氧化情況，以及設(shè)備器身的密封情況，比值一般為0.5左右，當(dāng)數(shù)值小于0.3時就可能存在嚴重氧化的問題;觀察C2H2/H2判斷是否存在有載開關(guān)漏油，兩種氣體含量增量的比值大于2的時候就可能存在有載開關(guān)漏油的問題;觀察CO2/CO判斷固體絕緣及其他有機材料是否存在老化，一般情況下兩種氣體增量的比值小于3時固體絕緣就可能存在問題。但值得注意的是，現(xiàn)階段油色譜檢測主要分為全自動的在線油色譜裝置和人工取油送檢，人工取油在取樣和轉(zhuǎn)運以及后期實驗室操作過程中容易在樣品中混入少量空氣，而空氣中就含有O2、N2、CO2等氣體，對最終判斷容易產(chǎn)生影響，故在使用這些氣體比值判斷時應(yīng)當(dāng)結(jié)合其他方法進一步提升可靠性。

3.特征氣體法：根據(jù)DL/T 722-2014《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》，各種故障對應(yīng)不同的特征氣體，可以根據(jù)下表做出判斷。

3.2檢測結(jié)果

2020年11月7日和11月11日，新設(shè)備投運后1天及4天時對油樣進行采集，通過油色譜檢驗結(jié)果顯示，2020年11月7日，氫氣含量為5.9μL/L、氧氣為10625μL/L、CO為24μL/L、CO2為285μL/L、甲烷為1.3μL/L、乙烯為0.1μL/L，無乙烷，總烴為1.4μL/L，微水為8.8mg/L;，2020年11月11日，氫氣含量為25.39μL/L、氧氣為23891.12μL/L、CO為42μL/L、CO2為511μL/L、甲烷為2.02μL/L、乙烯為0.28μL/L，乙烷為0.57μL/L，總烴為2.87μL/L，微水為7.5mg/L。

由于油色譜試驗結(jié)果中乙炔含量較少，故本結(jié)果不適合使用三比值法分析，宜采用其他氣體比值法和特征氣體法對結(jié)果進行分析。

1.其他氣體比值法：計算可得CO2/CO均大于3，基本排除設(shè)備固體絕緣問題。

2.特征氣體法：觀察各烴類氣體變化趨勢，乙烷、乙烯、乙炔變化均不明顯，故可以認為主要特征氣體是氫氣和甲烷，雖然甲烷含量尚未超過注意值（總烴注意值為150μL/L），但氫氣含量已經(jīng)遠超注意值（氫氣注意值為150μL/L），且兩種氣體含量均有隨時間上升的趨勢，符合局部放電故障所對應(yīng)的氣體特征。

3.絕對產(chǎn)氣率：ra=（ΔC/Δt）*（m/p）

ra為絕對產(chǎn)氣速率，mL/L;ΔC為兩次油中溶解氣體濃度差，uL/L;Δt為兩次取樣間設(shè)備運行時間，天;m為設(shè)備總油重，t;p為油密度，t/m3

計算可得氫氣的絕對產(chǎn)氣率約為12mL/天，超過注意值（氫氣絕對產(chǎn)氣率注意值為10mL/天），總烴的絕對產(chǎn)氣率約為2mL/天。

4.微水含量：根據(jù)微水試驗結(jié)果，油中溶解水分小于35mg/L，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

綜合以上幾點，懷疑變壓器內(nèi)部存在輕微的局部放電。后續(xù)檢查發(fā)現(xiàn)該臺變壓器存在繞組距離外殼較近的問題，同廠家對此進行技術(shù)改進后，后續(xù)更換新變壓器未出現(xiàn)類似問題。

3.3檢查結(jié)果

目前普遍認為剛投運的變壓器出現(xiàn)氫氣超標(biāo)有三種非故障產(chǎn)生氫氣來源：

1.金屬促進絕緣油脫氫反應(yīng)：變壓器在生產(chǎn)過程中部分零件采用不銹鋼制品，而不銹鋼的主要成分為鐵、碳、鉻、鎳等，其中所含有的鎳分子會作為催化劑促使絕緣油發(fā)生脫氫反應(yīng)，而鐵和銅等變價金屬也會加強相應(yīng)的氧化反應(yīng)，二者合并作用下將產(chǎn)生大量氫氣。

2.環(huán)己烷脫氫反應(yīng)：變壓器油中含有環(huán)己烷，這種化合物在電場作用下化學(xué)性質(zhì)較不穩(wěn)定，容易發(fā)生脫氫反應(yīng)，自行分解產(chǎn)生氫氣。

3.變壓器內(nèi)部涂層油漆釋放氫氣：變壓器內(nèi)部為了防止絕緣油腐蝕本體金屬部件，涂有油漆，其有可能緩慢分解產(chǎn)生情況，當(dāng)油漆質(zhì)量不佳時釋放氫氣速率較快，易造成超標(biāo)。

4結(jié)束語;

變壓器油中溶解氫氣超標(biāo)，絕緣受潮老化是首要考慮的原因，分析時應(yīng)從變壓器器身密封性，變壓器生產(chǎn)過程油紙干燥程度，變壓器運行時環(huán)境潮濕程度等角度進行缺陷分析。本次研究中通過對變壓器絕緣油氫氣超標(biāo)的原因進行分析并筋洗凈處理，為變壓器的安全穩(wěn)定運行提供了可靠經(jīng)驗。

參考文獻：

[1]陶小龍，彭昌文.沙沱發(fā)電廠1號主變壓器絕緣油氫氣超標(biāo)原因分析及處理[J].紅水河，2018，37（3）：87-90.