一起500kV变压器油中氢气超标原因分析及处理措施

高晓东++菅有为++袁计委++尹国慧

摘 要：运行中的电力变压器，常常会出现油中氢气含量超标，而氢气含量的增长，不少情况下是电性故障的前兆，也会造成变压器绝缘的缺陷，所以氢气含量也是变压器能否继续安全运行的重要指标之一，本文通过处理一起500kV变压器油中氢气超标事件，分析氢气超标原因并给出处理措施及建议。

关键词：氢气超标；油色谱分析；局部放电；热油循环

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

1 故障概述

某500kV变电站#1主变A相型号为ODPS-250000/500，自2013年3月28日投运以来，氢（H2）和甲烷（CH4）不断增长，投运3个月后增长趋势明显，6个月后氢超过规程注意值150μL/L，且（CO、CO2、C2H6）也有不同程度的增长。2014年以来H2组份增长速度明显加快，8月29日色谱分析氢（H2）已经达到304μL/L，超过注意值一倍，甲烷（CH4）达到22μL/L。在线色谱检测装置发二级报警信号。

2015年2月10日，因电网方式变化，#1主变由运行转热备用，方式变化前离线色谱分析氢（H2）达457μL/L。3月4日，#1主变由热备用转运行，此时色谱分析氢（H2）已经达到466μL/L。3月18日，#1主变由运行转热备用。

为进一步排查问题，2015年5月5日，申请将#1主变由热备用转为运行，离线色谱分析氢（H2）达497μL/L。

2 故障判断

针对油中氢（H2）不断增长的问题，对油进行了油耐压和微水含量测试，试验数据均在正常范围内，由于伴随甲烷等气体的产生，检修人员怀疑存在放电现象。2015年5月6日，检修人员使用JD-S100型变电站局放带电检测系统对#1主变A相进行测试。

测试过程：采用高频、特高频和超声法对#1主变A相进行测试，在#1主变A相上测得异常的超声信号，但未测得异常的高频及特高频信号。采用多个超声传感器进行同步测试，绿色、红色、紫色标识的超声传感器分别粘贴在变压器的外壁上，对应的测试结果用相同的颜色来标识。

为进一步确定超声信号源的位置，在变压器箱体的西侧外壁上粘贴多个传感器进行同步测试，首先测试超声信号沿着水平方向的变化情况，各传感器的具体位置及测试并得知，超声信号源应靠近紫色标识的传感器，结合变压器的结构，超声信号源应位于中性点套管与箱体中心线之间的区域。

接下来，测试超声信号沿着垂直方向的变化情况，测试照片及典型的测试结果，由此得知，靠近外壁中间位置的超声信号幅值较大，且在时间上中间位置的超声信号超前于其它位置，因而，超声信号源应靠近外壁中间位置，该信号由局放产生。经过多次移动超声传感器对比测试，最后确定超声信号源应位于靠近变压器西侧外壁中间位置，位于油箱中心线与中性点套管之间的区域。

3 处理措施

确定内部存在放电之后，结合停电对故障主变进行处理，与厂家沟通后决定采用热油循环的处理措施，处理过程如下：

（1）变压器停电后，使用高真空滤油机采用上进下出的方式对本体进行热油循环，循环时滤油机出口油温65±5℃，至顶层油温至45℃后停止循环。

（2）使用油泵对本体快速放油，至放空，放油过程中持续充入热干燥空气（加热温度不小于35℃），干燥空气露点不小于-40℃。

（3）当环境温度大于等于20℃，对本体进行抽真空，真空度不小于40Pa；当环境温度低于20℃，向本体内部注入本体一半的油量，并立即对本体进行热油循环，循环时滤油机出口油温65±5℃。如此反复进行不少于两天的时间后，将本体内部变压器油注至温度曲线要求后，停止注油。

（4）再次对本体进行热油循环，使用高真空滤油机采用上进下出的方式对本体进行热油循环，循环时滤油机出口油温65±5℃，取油样化验合格后停止循环。

（5）静放72小时后进行常规及局放试验，各项试验数据均在合理范围内。

4 原因分析

变压器无论是热故障还是电故障，都会导致绝缘介质裂解产生一些特征气体，其中，氢气是各种故障气体的主要成分之一；氢气超标的主要原因有以下几点[1，2]：环己烷脱氢反应、变压器进水受潮使金属物发生锈蚀反应、变压器油发生低温热解以及发生局部放电等。

本案例变压器油中产生大量的氢气，同时产生甲烷（CH4）、乙烯（C2H6）等低碳烃，氢气（H2）的增长过程都与甲烷（CH4）显著相关，且超声波局部放电测试明显检测到放电信号，能量较低所以色谱分析中没有发现乙炔（C2H2）；经过长时间热油循环恢复正常，说明不存在固体绝缘损坏情况；综合以上情况判断，此次氢气（H2）超标主要由于变压器绝缘纸烘干效果不好，存在一定水分，投运后，内部产生低能量的局部放电，进而氢含量才不断增长。

5 建议

变压器在正常运行中总会产生一些氢气，在变压器出现异常或故障工况时，氢气作为最基本的特征气体会首先发生变化，因此发现变压器油出现氢气（H2）超标时，不要盲目根据某一数值下定论，首先要综合考虑变压器运行工况、检修记录、巡检记录和运行记录，综合设备的各方面数据进行分析判断；其次要缩短检测周期，关注故障的发展劣化趋势；再次，在故障判别时要积极关注变压器油中分解出与故障性质和故障严重程度相关的各种气体，通过这些气体的种类、含量和数量变化趋势可以准确判断出故障原因，最终进行有效处理，保障设备的安全经济运行。

参考文献：

[1]王志勇.变压器油中氢气含量超标分析与处理[J].电力安全技术，2011，33（01）：86-90.

[2]姜金德，邓嵘.一起主变压器氢气超标的分析及处理[J].广西电力，2007，1（02）：71-75.