变压器油中腐蚀性硫的危害及应对措施分析

邹平 胡亚平 刘明 张明刚

摘 要：近年来，被确认为变压器油中腐蚀性硫造成的事故逐渐增多，引起国内外专家的广泛关注，本文阐述了腐蚀性硫产生的机理及对变压器造成的危害，并提出可以采取的防范措施。

关键词：变压器；腐蚀性硫；硫化亚铜；钝化剂

1 引言

随着电力变压器电压等级的提高，对其油品的性能要求越来越高。近年来，广东电网发生了多起因变压器绝缘油中含腐蚀性硫，导致变压器绝缘下降的故障隐患。因此，深入了解变压器油硫腐蚀的机理及对绝缘的影响，进而采取有效的应对措施，对避免变压器出现硫腐蚀这一故障十分重要。

2 变压器绝缘油中腐蚀性硫的来源

变压器电力系统中采用的绝缘油主要是由天然石油炼制而成。石油的化学成分比较复杂，它既不是由单一的元素组成，也不是由简单化合物组成，而是由许多种元素组成的多种化合物的混合物。

变压器油生产商在油品中保留少量硫，是利用其作为天然氧化抑制剂的功能，在正常情况下，硫化合物能减慢油品的老化速度并防止形成酸性物质和沉淀，成品的变压器油总硫含量一般在0.5%以下，油中的硫和硫化物分为“活性硫”和“非活性硫”两类，活性硫主要包括元素硫、硫化氢、硫醇，它们可直接和金属反应，具有较高腐蚀性，其余的称为非活性硫，主要包括硫醚类化合物、烷基硫化物、环状硫化物和磺酸等。对于没有添加抗氧化剂或添加了微量抗氧化剂类型的低精炼进口变压器油，硫醇的含量较高。

3 变压器中腐蚀性硫的危害

3.1 油中硫化亚铜的形成机理

硫醇对铜的腐蚀速率随温度的升高而增大，当温度从60℃增到120℃时，硫醇对铜的腐蚀速率可增大约16倍。硫化亚铜的形成一般经历三个阶段：

（1）变压器中铜导线表面被氧化形成一层氧化亚铜膜。

（2）氧化亚铜膜与硫醇发生反应，生成可溶解于油的硫醇铜。

（3）硫醇铜可被油带到变压器的各个部分，但大部分被绝缘纸吸附留在绝缘纸上，当温度较高时，将分解生成硫化亚铜Cu2S和油溶性的有机残留物。

反应过程的反应式如下：

2Cu+O2→Cu2O

Cu2O+2RSH→2CuSR+H2O

2CuSR→Cu2S+RSH

式中RSH代表硫醇，R代表烷基。

目前220kv即以上变压器都采用胶囊或金属膨胀器的密封装置，且在投运前进行了真空脱气处理，但变压器油中会残留少量氧气，按500kv变压器运行中1%的油中含气量标准以及油中氧气和氮气的溶解比率（约3：7），油中氧气含量允许3000？滋L/L，因此从理论上讲，在任何油浸式变压器中都会产生上述反应。

3.2 硫化亚铜对变压器绝缘性能的影响

硫化亚铜是一种微导电的物质，它的导电性能远远高于绝缘纸和变压器油。

变压器中硫化亚铜的产生最初是沉积在绕组内线圈的铜导体表面，这时的硫化亚铜沉积物危害较小，不足以引起匝间、层间的局部放电和短路事故。但在变压器运行时，随着变压器油的流动，会对线圈造成不断的冲刷，更多的硫化亚铜沉积物悬浮到油中，并被吸附到绝缘纸板上，当产生的硫化亚铜达到一定量时，吸附到绝缘纸板上的硫化亚铜会改变变压器内部的电场分布，降低绕组内线圈的耐压强度，在一定的运行条件下，绕组内部产生局部放电，绝缘材料被击穿，产生严重的电弧放电，造成变压器烧毁的事故。

3.3 事故案例

在深圳供电局有41台芬兰ABB公司生产的110kv变压器，其型号为KTRT123×50型，使用尼纳斯10GBX变压器油。这41台变压器的出厂日期分别是1991年、1993年、1994年、1995年和1996年。投运至今，共有8台次在运行中发生故障。特别是2005年就有5台该型变压器发生事故。故障情况见表1：

通过对多台变压器事故后的吊检发现，这批变压器绕组电磁线受腐蚀严重，特别是故障绕组的绝缘纸与铜线裹缠的一侧中，经化学分析确定，发现有硫化亚铜，并从电气试验中巳证实，铜分子巳渗透到绝缘纸内部。

4 变压器油中存在腐蚀性硫情况普查

变压器油本身含有腐蚀性硫是变压器内部产生硫化亚铜的前提，2007年3月28日至5月28日，广东电科院对全省500kv主变压器（电抗器）绝缘油进行了腐蚀性硫普查工作。结果表明，全省21个500kv变电站共201台主变（电抗器）绝缘油中含有腐蚀性硫的有29台（其中电抗器1台），占普查总台数14.4%，含腐蚀性硫的绝缘油主要存在法国阿尔斯通、重庆（或意大利）ABB生产的500kv变压器中，其中六台法国阿尔斯通的变压器绝缘油中全部检出腐蚀性硫，分别为罗洞站1号主变和增城3号主变。

500kv变压器（含电抗器）绝缘油大多数使用的是进口油，集中在几个大的绝缘油生产供应商：日本三菱、瑞典尼纳斯、壳牌，国产油一般为新疆克拉玛依和兰州油，从普查结果显示，国产油和三菱油、壳牌油一般不含腐蚀性硫，而尼纳斯油基本上全部存在腐蚀性硫问题。

中核核电运行管理有限公司三厂所有主接线变压器为英国阿尔斯通公司制造，变压器油均采用瑞典尼纳斯公司生产的10GBN号油。通过205大修2号机组主变B相取油样和绝缘材料送外方试验室检验，确定变压器油中已经产生腐蚀性硫。同时主变内检过程中在金属表面也发现了硫化亚铜产生的征兆：

5 变压器硫腐蚀的应对措施

目前国际上较为公认的的方法是在变压器油中添加钝化剂，钝化剂为苯并三氮唑（BTA）及其衍生物。BTA及其衍生物分子中的N、O、S等杂原子含有孤对电子，易于和金属的d轨道结合形成配位键，或是金属提供电子给杂原子形成反馈配位键，从而在金属表面形成保护膜，阻止变压器绕组线圈的氧化和与油中腐蚀性硫的接触。

尼纳斯油制造公司给出的建议为：运行变压器油中钝化剂加入量为100ppm。

大量有腐蚀性硫风险的变压器添加了钝化剂，且目前为止，添加钝化剂后的变压器没有发生过事故，但钝化剂不能使已形成的硫化铜出现逆向反应而只能抑制腐蚀进一步发生，因此尽管添加钝化剂的方法可以在一定程度上防范腐蚀性硫问题的发生，我們还应该通过以下手段对此问题进行方法：（1）选择合适的方法对变压器进行腐蚀性硫的检测，并对变压器进行有效的风险评估和运行状态评估。（2）经常对变压器的散热系统进行检查和清理，保持变压器散热通畅。（3）加强变压器油中溶解气体的色谱分析工作，对变压器内部有过热现象发生，尤其是过热部位涉及绝缘的变压器应引起重视。（4）严格控制变压器油中的含气量，保持油中氧气含量尽可能低，可有效缓解硫腐蚀。

6 结束语

6.1 变压器油中腐蚀性硫是造成硫化亚铜的重要因素。

6.2 硫化亚铜沉积可能导致变压器和电抗器出现匝间短路故障。

6.3 添加钝化剂可有效抑制硫腐蚀的发生。