油色谱在线监测装置管路腐蚀原因分析

廖建平 刘志峰 侯明春 陈 伟 黄家杰 李为明

（超高压输电公司电力科研院，广州 510663）

0 引言

油中溶解气体是表征运行电力变压器早期潜伏性故障的重要特征量之一。对于变压器来说，能够通过油中溶解气体组分成分、含量及含量比值的不同对故障类型及严重程度进行有效识别和判断。油色谱在线监测装置[1-2]可实时检测油中溶解气体，能充分弥补实验室离线色谱的不足，是保障变压器安全的有效手段。随着电力系统的迅速发展，油色谱在线监测装置也将拥有更为广泛的应用需求，在国家大力发展智慧电网的背景下，油色谱在线监测装置的地位也将越来越重要。

本文针对某换流站变压器油色谱在线监测装置输油管道漏油问题，开展了管道腐蚀方面的分析，同时结合PVC胶粘剂的溶出特性试验，得到了管道漏油的根本原因，并提出了相应的防范措施，可为现场运维人员提供一些指导。

1 设备及缺陷情况

2022年6月，某站点发现#2主变A、B、C相油色谱在线监测装置箱子底部（用硅胶全封堵）存在不同程度油迹，运维人员随即对油迹区域进行全面排查，当检查到输油管护套时，发现护套油满并溢出，如图1所示，可推断油迹来源于油色谱在线监测装置输油管路。随即对护套进行破拆，发现管路（不锈钢材质）腐蚀极为严重，如图2所示。

图1 #2主变A相底部油迹及护套油位图

图2 现场实物图

本次腐蚀穿孔的油色谱在线监测装置于2008年投运。2022年2月，该站点#2主变大修期间重新更换油管，在铝塑管内注满变压器油，并在装置侧铝塑管引出油杯，油杯内安装高低液位传感器，通过监测铝塑管内油位变化来反馈输油管道及铝塑管是否破裂，其目的是减轻运维人员的巡视压力。

2 原因分析

2.1 宏观形貌分析

对#2主变的油管开展全面检查，腐蚀情况如表1所示，检查发现腐蚀集中发生在装置侧红色方框位置（油色谱在线监测装置侧，以下简称装置侧），如图3所示，腐蚀区域表面存在大量蚀坑与蚀孔，部分蚀孔较深，其中漏油处已腐蚀穿孔，蚀孔呈不规则形状，腐蚀区域整体表现出点蚀特征。

表1 油管腐蚀情况表

图3 腐蚀区域位置

2.2 微观形貌分析

为进一步分析腐蚀原因，对管路未腐蚀区与腐蚀区开展SEM及EDS检测，测试结果如图4、图5及表2所示。结果表明：相对于未腐蚀区，腐蚀区中的氧元素显著增加、铁元素明显降低，这意味着不锈钢表面腐蚀后生成了较多的铁氧化物，另外，值得注意的是腐蚀区氯元素由无到有，含量占比1.7%，这是不锈钢发生氯离子腐蚀的显著特征。

表2 EDS检测结果表

图4 管路未腐蚀区

图5 管路腐蚀区

2.3 离子分析

采集铝塑管内油样进行检测，发现样品明显分层，其中上层较深，下层较浅（经向运维单位核实，管路浸入雨水，深色部分为油溶液，浅色部分为水溶液），如图6所示。因为油样不能作为样品直接进样分析，因此必须将油中氯离子分离、提取后形成水溶液。本文选择提取过程相对简单的水提取法[3]提取油样中的氯离子进行检测，结果如图6所示，其中油中氯离子的含量约为0.1mg/L，而水中氯离子含量高达151mg/L，考虑到水比变压器油密度高，侧面印证了底部管道曾处于高浓度的氯离子水溶液环境中。

图6 样品实物图及离子检测结果

2.4 原因分析

通常情况下，不锈钢材料不发生腐蚀，因为它具备优异的耐蚀性能，这源于其表面致密的氧化膜，但在一些特殊的环境下也会腐蚀，主要为点蚀、应力腐蚀、晶间腐蚀以及缝隙腐蚀等，其中：（1）点蚀是指集中于金属表面很小范围并深入到金属内部的腐蚀形态，如图7所示，表现形式为蚀孔直径小、深度深；（2）应力腐蚀是指在应力和腐蚀共同作用下产生的脆性断裂现象，表现形式为有裂纹，方向宏观上和应力方向垂直；（3）晶间腐蚀是指在特定介质作用下沿着晶界向内部发展的腐蚀现象，表现形式为金属表面界限分明，沟壑状形貌明显；（4）缝隙腐蚀是指发生在狭缝内的一类局部腐蚀，表现形态多样，一般发生在金属间的连接结构或金属与非金属之间的密封结构中。

图7 典型的点蚀形貌示意图

结合输油管的宏观分析、微观分析以及离子分析结果，可确认：本次油色谱在线监测装置管道穿孔腐蚀是氯离子点蚀行为[4-5]，对于不锈钢而言，点蚀发展迅速, 不易提防，是破坏力最强的腐蚀类型之一。

3 腐蚀性元素溯源分析

EDS检测结果显示油管周围的介质环境中含有丰富的氯元素，为确认腐蚀性元素的来源，采集通道涉及的材料进行红外分析，主要为H形带旁通管和铝塑管。结果表明H形带旁通管（图8）为聚丙烯材质和铝塑管（图9）为聚乙烯材质，两者均不含有氯元素。后经调查，油色谱在线监测装置输油管道连接处曾采用PVC胶水粘接，PVC胶水又称PVC胶粘剂，是一种单组份新型全透明溶液胶，一般用于塑料与塑料、塑料与金属、塑料与非金属互粘或交叉粘接。PVC胶粘剂[6]主要通过低分子量聚氯乙烯溶解于适宜的溶剂(四氢呋喃、环己酮、二氯甲烷等)中配制而成，为提高粘接强度或降低成本，可在配方中加入适量的改性树脂、填料、增塑剂和偶联剂等。

图8 H形带旁通管红外光谱图

图9 铝塑管红外光谱图

为验证PVC胶粘剂在该环境的溶出特性，设置三组对比试验，其中试验环境分别为：（1）200mL油+5mLPVC；（2）200mL水+5mLPVC；（3）100mL油+100mL+5mLPVC，试验时间为一个月，结果如图10所示：200mL油+5mLPVC条件下的氯离子含量约为0.25mg/L，200mL水+5mLPVC条件下的氯离子含量约为5mg/L，100mL油+100mL+5mLPVC条件下的氯离子含量约为2.4mg/L。结果表明：在没有水的环境下，PVC胶粘剂直接与变压器油接触时氯元素溶出较少，但只要混入水，PVC胶粘剂的氯元素溶出速率将急速增长。

图10 离子检测结果

由此可见，本次事件是因为油色谱在线监测装置输油管道连接处采用PVC胶水粘接，且密封不良混入雨水，导致PVC胶水氯元素溶出速度加快，进而引发了油色谱在线监测装置输油管道腐蚀问题的发生。

4 结语

本文针对某换流站变压器油色谱在线监测装置输油管道腐蚀问题，结合剖管分析结果和模拟试验结果，得出以下结论：

（1）油色谱在线监测装置管路存在腐蚀漏油的风险，运维人员在日常工作中要加强巡视；

（2）本次油色谱在线监测装置管道腐蚀是因为密封不良混入雨水，PVC胶粘剂溶出氯元素导致的点蚀；

（3）水会显著加快PVC胶粘剂的溶出速率，因此在日常使用过程中，如有防腐要求，应注意防水设计。