某变电站35kV #2所用变绝缘油投运后氢气含量超标分析

陈凌欣

摘要：本文对某变电站35kV #2所用变绝缘油氢气含量超标的问题进行研究，分析内部绝缘受潮是引起此次氢气含量升高的原因，并针对性的采取措施进行解决，保证变压器的稳定、安全运行。

关键词：变电站;变压器;绝缘油;氢气超标

1 概述

2020年12月，国网福建超高压公司在进行某变电站35kV所用变投运30天绝缘油中溶解气体检测中发现油样氢气含量异常，遂展开定期取油跟踪工作。现根据近期跟踪检测结果，对绝缘油中溶解气体检测结果分析过程进行简要分析总结，并归纳常见变压器绝缘油氢气含量异常所对应故障。

2背景信息

该SZ11-800/36型变压器于2020年11月投运，在进行投运30天绝缘油中溶解气体检测中发现油样氢气组份异常，数值达到468.9μL /L，而根据Q_GDW_1168-2013《输变电设备状态检修试验规程》，变压器绝缘油中溶解氢气含量应小于等于150μL/L。后续展开跟踪取油检测，发现氢气含量有缓慢上升趋势。

3油中溶解氣体跟踪检测结果分析

3.1分析方法

变压器油中溶解的气体主要是绝缘油或固体绝缘等有机化合物裂解的产物，而碳-氢键断裂所需能量最低，在电、热的作用下，氢原子最容易被分离，在短时间内经过复杂的化学反应生成氢气，所以一般认为氢气是最容易出现的油中溶解气体，所以及时发现油中溶解氢气的异常并准确判断其产生原因对于预防变压器故障和判断变压器已发生故障有重要意义。

判断油色谱数据主要以下几种方式：

1.三比值法：主要依靠计算C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6数据得出三个比值，进而转化为一组三位数的编码，通过比对根据过往经验统计得出的编码表，可以判断该油样对应的设备故障类型。但值得注意的是，当油中溶解乙炔含量过低（一般指小于0.5μL/L）或过高（一般指大于100μL/L）时，三比值法得出的结论可靠性较低，此时应优先采用其他判断方法。

2.其他气体比值法：主要通过观察O2/N2判断绝缘油和绝缘纸的氧化情况，以及设备器身的密封情况，比值一般为0.5左右，当数值小于0.3时就可能存在严重氧化的问题;观察C2H2/H2判断是否存在有载开关漏油，两种气体含量增量的比值大于2的时候就可能存在有载开关漏油的问题;观察CO2/CO判断固体绝缘及其他有机材料是否存在老化，一般情况下两种气体增量的比值小于3时固体绝缘就可能存在问题。但值得注意的是，现阶段油色谱检测主要分为全自动的在线油色谱装置和人工取油送检，人工取油在取样和转运以及后期实验室操作过程中容易在样品中混入少量空气，而空气中就含有O2、N2、CO2等气体，对最终判断容易产生影响，故在使用这些气体比值判断时应当结合其他方法进一步提升可靠性。

3.特征气体法：根据DL/T 722-2014《变压器油中溶解气体分析和判断导则》，各种故障对应不同的特征气体，可以根据下表做出判断。

3.2检测结果

2020年11月7日和11月11日，新设备投运后1天及4天时对油样进行采集，通过油色谱检验结果显示，2020年11月7日，氢气含量为5.9μL/L、氧气为10625μL/L、CO为24μL/L、CO2为285μL/L、甲烷为1.3μL/L、乙烯为0.1μL/L，无乙烷，总烃为1.4μL/L，微水为8.8mg/L;，2020年11月11日，氢气含量为25.39μL/L、氧气为23891.12μL/L、CO为42μL/L、CO2为511μL/L、甲烷为2.02μL/L、乙烯为0.28μL/L，乙烷为0.57μL/L，总烃为2.87μL/L，微水为7.5mg/L。

由于油色谱试验结果中乙炔含量较少，故本结果不适合使用三比值法分析，宜采用其他气体比值法和特征气体法对结果进行分析。

1.其他气体比值法：计算可得CO2/CO均大于3，基本排除设备固体绝缘问题。

2.特征气体法：观察各烃类气体变化趋势，乙烷、乙烯、乙炔变化均不明显，故可以认为主要特征气体是氢气和甲烷，虽然甲烷含量尚未超过注意值（总烃注意值为150μL/L），但氢气含量已经远超注意值（氢气注意值为150μL/L），且两种气体含量均有随时间上升的趋势，符合局部放电故障所对应的气体特征。

3.绝对产气率：ra=（ΔC/Δt）*（m/p）

ra为绝对产气速率，mL/L;ΔC为两次油中溶解气体浓度差，uL/L;Δt为两次取样间设备运行时间，天;m为设备总油重，t;p为油密度，t/m3

计算可得氢气的绝对产气率约为12mL/天，超过注意值（氢气绝对产气率注意值为10mL/天），总烃的绝对产气率约为2mL/天。

4.微水含量：根据微水试验结果，油中溶解水分小于35mg/L，符合标准要求。

综合以上几点，怀疑变压器内部存在轻微的局部放电。后续检查发现该台变压器存在绕组距离外壳较近的问题，同厂家对此进行技术改进后，后续更换新变压器未出现类似问题。

3.3检查结果

目前普遍认为刚投运的变压器出现氢气超标有三种非故障产生氢气来源：

1.金属促进绝缘油脱氢反应：变压器在生产过程中部分零件采用不锈钢制品，而不锈钢的主要成分为铁、碳、铬、镍等，其中所含有的镍分子会作为催化剂促使绝缘油发生脱氢反应，而铁和铜等变价金属也会加强相应的氧化反应，二者合并作用下将产生大量氢气。

2.环己烷脱氢反应：变压器油中含有环己烷，这种化合物在电场作用下化学性质较不稳定，容易发生脱氢反应，自行分解产生氢气。

3.变压器内部涂层油漆释放氢气：变压器内部为了防止绝缘油腐蚀本体金属部件，涂有油漆，其有可能缓慢分解产生情况，当油漆质量不佳时释放氢气速率较快，易造成超标。

4结束语;

变压器油中溶解氢气超标，绝缘受潮老化是首要考虑的原因，分析时应从变压器器身密封性，变压器生产过程油纸干燥程度，变压器运行时环境潮湿程度等角度进行缺陷分析。本次研究中通过对变压器绝缘油氢气超标的原因进行分析并筋洗净处理，为变压器的安全稳定运行提供了可靠经验。

参考文献：

[1]陶小龙，彭昌文.沙沱发电厂1号主变压器绝缘油氢气超标原因分析及处理[J].红水河，2018，37（3）：87-90.