变压器油中腐蚀性硫的危害及解决办法

黄燕

（江苏方天电力技术有限公司，江苏 南京211102）

变压器油品质量标准随变压器等级上升而逐年提高，但经实验室检测，油务监督检测人员发现在220～500 kV 中存在5%油品腐蚀性硫检测不合格，腐蚀性硫的存在可与变压器内铜导线接触并发生化学反应，生成硫化物附着于绝缘纸表面，干扰绝缘纸正常电气性能，使其逐步丧失绝缘功能，导致安全事故发生。为确保这些腐蚀性硫不合格设备安全可靠运行，对存在硫腐蚀的变压器油选择合适的处理方法是目前急需解决的问题。

1 变压器油中腐蚀性硫的来源

电力系统中采用一种由多元素组合而成的绝缘油，其由天然石油炼化而成，成分及成分性质相对复杂，既有化合物，也有单一元素。但在电力系统运行中，出于对稳定性的考虑，有些油厂商利用二苄基二硫化物（DBDS）加工形成化合物，添加于变压器油当中，作为稳定剂以及抗氧化剂，可将变压器硫总量控制在0.5%以下，但硫与空气接触，加之温度变化，其活性硫中所含高腐蚀性元素，如硫化氢、硫醇、元素硫等，则开始作用于金属，发生反应后生成硫化物。此外，中国电力变压器油也不乏国外进口产品，但多数产品为未添加抗氧化剂或仅添加少量抗氧化剂的低精炼油品，其中含有高浓度硫醇，腐蚀强度更高。

2 变压器油中腐蚀性硫的危害

2.1 硫化亚铜生成机理

变压器油中的腐蚀性硫与铜作用产生硫化亚铜的机理比较复杂，具体的机理作用状况如下。

在一定条件下，油中所含的腐蚀性硫会分解出一种名为硫醇的物质，硫醇能够很轻易地与包括铜在内的多种类型金属进行反应，生成硫醇盐。在变压器的日常运行过程中，铜无法避免与空气接触，从而必然有一部分被空气氧化，氧化铜经温度变化、物理化学反应后，溶解于变压器油当中，为硫醇与之发生反应提供了契机，在变压器油中生成硫醇铜。而在氧气条件满足的情况下，硫醇铜将被分解，形成新物质——硫化亚铜（Cu2S）。

硫醇铜至硫化亚铜分解过程化学反应式表达如下：2Cu+O2=＞Cu2O，Cu2O+2RSH=＞2CuSR+H2O，2CuSR=＞Cu2S+RSR，其中，RSH 为硫醇，R 为任意烃基。

2.2 硫化亚铜对变压器的危害

硫化亚铜与硫醇铜等都为硫化物的一种，但硫化亚铜具有更强的导电性能，可作为微导电物质，且与变压器油本身及绝缘纸相比，其导电性能也更强。因而，在变压器运行当中，硫醇铜最初分解出硫化亚铜后，通常分布在绕组内线圈铜导体表面上，受沉积量影响，仅能造成轻微危害，无法导致绝缘故障、短路故障或层间、匝间局部放电情况。但变压器运行过程中，变压器油为非固定状态，在流动期间，绕组内线圈铜导体表面不断被冲击，使硫化亚铜沉积量越来越多，并在被分解出后悬浮在变压器油当中，逐步堆积到绝缘板上，当含量累积到一定程度后，硫化亚铜的影响与危害增大，其可通过对变压器内电场分布情况的改变，影响绕组内线圈对电压的耐受能力，影响程度超出绕组内线圈上限，则产生绕组内局部放电情况，电流强度可击穿绝缘材料，危害巨大，严重则导致电力变压器烧毁。

2.3 影响硫化亚铜产生因素分析

分析电力变压器硫化亚铜产生因素后得出，其生成因素主要包括以下内容：①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。通过上述关于腐蚀性硫来源及危害的分析可知，导致腐蚀性硫产生危害的主要元素为硫化亚铜，而其产生元素为变压器油，进口油品因加工工艺水平低，无法将天然硫有效清除；而经过精炼后的油品，也会因含二苄基二硫化物（DBDS）等元素外加剂的使用而产生腐蚀性硫。②硫化亚铜的产生与温度相关。经过大量试验研究表明，在温度达到80 ℃以上时，则会产生上述分解反应，生成新的硫化物；在温度升至100 ℃时，化学反应速度也将随着温度升高而变快，硫化亚铜沉积需要12 周完成；而当温度升至120 ℃时，形成硫化亚铜沉积仅需要3 周时间则可完成。③在变压器油中，腐蚀性硫属于一类抗氧化剂，该抗氧化剂的化学性质并不稳定。当变压器正常运行时，抗氧化剂会自行与变压器油中原本存在的某些氧化物之间进行化学反应，生成其他物质，使其不再具有腐蚀性。由此可见，油中含氧量的高低，在很大程度上影响了硫化亚铜的产生量，开放型变压器的硫化亚铜的产生量必然低于全密封型的变压器。④在一部分电气设备中，为了防止铜与变压器油之间产生接触，将漆包铜线工艺应用到了设备制造中，即对设备铜表面进行涂刷，从而在根源上避免设备运行期间形成硫化亚铜沉积。

3 变压器油中腐蚀性硫的定性检测方法

精准检测变压器油中腐蚀性硫含量是抑制其危害的关键，也可为预防腐蚀性硫诱发变压器故障提供可靠依据。但现阶段，国内外虽出台了诸多检测腐蚀性硫含量标准，如ASTM D1275—2006、IEC 62535—2008 以及中国的SH/T 0804—2007、GB 25961—2010、DL/T 285—2012 等，但在实际操作中，不同温度下，检测方法持续发挥价值时间不同。具体来讲，需要持续性检测，反映腐蚀性硫含量变化情况，因而需在绝缘油当中放置金属铜片，观察金属硫化物变色情况进行判断，依照不同实验标准，需要准备不同实验材料以及精准控制实验环境条件，往往不同标准间结果差异较大。如基于DL/T 285—2012（等效于IEC 62535—2008）标准展开实验，由于实验条件严苛，实验材料采用裹绝缘纸铜片，需在150 ℃高温环境下持续放置72 h，通过观察铜带的变色和纸带吸附状况来对油进行评估，能较真实地反映变压器中绕组的腐蚀性硫情况。此试验方法已被推荐成为国际电工委员会（IEC）标准。

4 变压器油中腐蚀性硫危害的解决办法

通过对以往发现的电力变压器腐蚀性硫问题出现所产生的危害进行事故原因分析之后，领域内专家基本认为，想要实现对变压器防腐蚀性硫事故发生的提前预测，仅单纯依赖于对实验室中常规的电气试验结果进行数据总结，同时辅助以变压器油的各项参数进行试验这一方案，无法真正有效对事故进行提前预测，有的在事故爆发的前一天仍旧未发生任何运行异常之处，包括色谱分析方面，也处于正常状态，常规预防性试验效果相对片面，无法提前预警事故，实现预防目标。

目前，国际上较为公认的方法是在变压器油中添加钝化剂，此化学物品是由苯骈三氮唑所产生的一种派生物，当将其作用在金属铜的表面上时，会自动形成一层保护膜，用以避免变压器上的组线圈出现氧化问题，同时也能够最大程度避免变压器与油中的腐蚀性硫之间发生接触。经过大量的试验研究表明，在容易受到腐蚀性硫问题危害的电力变压器上添加钝化剂之后，到目前均未出现过因在变压器油中添加钝化剂而产生对设备本身负面影响情况，但添加钝化剂的效果仅为抑制硫化亚铜进一步发生逆向反应，效果有限，还需采取以下手段加强对硫腐蚀的控制：选择合适的方法对变压器进行腐蚀性硫的检测，评估变压器运行中可能发生的有效风险以及实际运行状态；提高变压器散热系统检测频次，定期展开变压器系统清理，以保持散热良好；基于色谱分析法展开对变压器内溶解气体的准确分析，确定是否有过热现象发生，准确定位过热部位，提高对该部位绝缘变压器状态的重视；基于对变压器油的严格控制，尽可能杜绝油中氧气的存在，以破坏硫腐蚀发生条件。

5 结束语

通过对全文内容进行分析能够发现，电网运行过程中，对于大型电力变压器的需求量十分大，导致腐蚀性硫的问题解决工作推进情况并不乐观，尤其是在解决方案的执行上，仅是在实验室内不断地推断总结经验，这对于变压器中腐蚀性硫问题的解决危害性极高。在这一基础上，文中初步就该问题进行了解答和提出意见，希望能够为解决变压器腐蚀性硫问题带来帮助，最终提升电厂供电质量和效率。