變壓器運(yùn)行中產(chǎn)氫的故障識別與判斷

摘 要：通過對運(yùn)行中的油浸式變壓器內(nèi)部產(chǎn)氫機(jī)理的分析，提出了變壓器內(nèi)部故障產(chǎn)氫的識別和判斷方法，并介紹了相關(guān)試驗手段。

關(guān)鍵詞：變壓器；故障；判斷

1 引言

變壓器產(chǎn)氫是變壓器運(yùn)行中常見的現(xiàn)象，這種情況的特征通常是以氫氣含量為主的增長過程，其他氣體為伴生增長。氫含量不斷增加，而總烴卻不超注意值。

準(zhǔn)確的識別和判斷故障原因，既能使變壓器及時得到處理，保證安全運(yùn)行的可靠度；又能節(jié)省成本和時間。實際運(yùn)行中的變壓器產(chǎn)氫的原因是多種類的，以產(chǎn)氫的危害性角度分析，有非故障性的和故障性的；以產(chǎn)氫的故障原因角度分析，有單一故障原因產(chǎn)氫和多故障同時并發(fā)產(chǎn)氫。實踐證明雖然產(chǎn)氫的故障原因各自情況不同，但它們各自都有各自的反應(yīng)機(jī)理。只要掌握了它們的機(jī)理，就可以對故障原因加以識別，并在故障早期做出準(zhǔn)確的判斷。GB/T7252-2001《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》和IEC中的三比值法適用于單一故障產(chǎn)氫，而對多故障同時并發(fā)產(chǎn)氫是不適用的。

2 非故障性和故障性產(chǎn)氫及危害

2.1 非故障性產(chǎn)氫是指變壓器在運(yùn)行中產(chǎn)生氫氣的故障原因本身對變壓器運(yùn)行是沒有危害的。如環(huán)乙烷的脫氫反應(yīng)、水的銹蝕反應(yīng)、變壓器中不銹鋼部件（不銹鋼拉板、波紋儲油柜等）加工過程中所吸附氫的釋放、外部空氣浸入等。環(huán)乙烷的脫氫反應(yīng)、水的銹蝕反應(yīng)、變壓器中不銹鋼部件等非故障性產(chǎn)氫，由于產(chǎn)氫量較小，沒有持續(xù)性，比較容易溶解到油中而穩(wěn)定，對變壓器的運(yùn)行構(gòu)不成危害。但是外部空氣的浸入要引起相當(dāng)注意，浸入變壓器中的水分在高電場和溫度場下分解產(chǎn)生氫氣。由于浸入到變壓器中的空氣是持續(xù)的，變壓器中的產(chǎn)氫量會逐步持續(xù)增長，達(dá)到一定量時氫氣會使變壓器內(nèi)部的正壓增高，而少量溶解在油中的氣泡做不規(guī)則運(yùn)動，如果氣泡游離到在變壓器絕緣要害部位，會誘發(fā)絕緣擊穿。因此非故障性產(chǎn)氫也不是一概都可以忽視的。

2.2 故障性產(chǎn)氫是指變壓器在運(yùn)行中產(chǎn)生氫氣的故障原因?qū)ψ儔浩鬟\(yùn)行是有危害的。如油中局部放電、油的低溫裂解、固體材料局部放電、絕緣受潮等。這些故障將會導(dǎo)致變壓器絕緣介質(zhì)的長期劣化和絕緣擊穿。

3 產(chǎn)氫機(jī)理

3.1 非故障性產(chǎn)氫

非故障性產(chǎn)氫的特征是氫增長突出，并與其它氣體無關(guān)。但產(chǎn)氫量小（小于40uL/L），絕對產(chǎn)氣率<3。

3.1.1 油中的環(huán)乙烷的脫氫反應(yīng)一般是由于不銹鋼中有鎳做催化劑，加上溫度的作用，環(huán)乙烷脫出H+離子而產(chǎn)生H2（小于6uL/L）。

3.1.2 水的銹蝕反應(yīng)是由于變壓器底部積水，水與底部的鐵質(zhì)部件產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)Fe+2H2O=Fe（OH）2+H2（小于10uL/L）。

3.1.3 不銹鋼部件產(chǎn)氫是由于不銹鋼部件在加工和焊接過程中吸附了H+離子，在變壓器運(yùn)行時受電場和溫度的作用下產(chǎn)生H2（小于8uL/L）。

3.1.4 外部空氣浸入是由于變壓器的密封膠墊、吸濕器、儲油柜隔膜等部件失效，外部空氣浸入到變壓器中，此時變壓器絕緣還沒有受潮。空氣中水分在高電場和溫度場下分解產(chǎn)生氫氣2H2O=2H2+O2。這種情況會產(chǎn)生大量的氫氣（大于注意值150uL/L），油中氫含量和絕對產(chǎn)氣率會遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過注意值（大于150uL/L，絕對產(chǎn)氣率>10）。這時可用油中O2/N2的濃度比加以判別。

3.2 故障性產(chǎn)氫

故障性產(chǎn)氫的特征是氫增長突出，伴隨著其它氣體增長。而產(chǎn)氫量大（大于40uL/L），絕對產(chǎn)氣率>10。

3.2.1 純油局部放電通常表現(xiàn)為氣泡放電，這種氣泡放電可在變壓器的絕緣中。故障使變壓器油C-H鍵裂解，油中表現(xiàn)氣體主要為氫氣，同時CH4同步增長，而與CO、CO2無關(guān)。H2/CH4的濃度比15～30，氫氣絕對產(chǎn)氣率>12（見圖1）。

3.2.2 當(dāng)局部放電涉及固體絕緣時，故障的表現(xiàn)氣體仍然主要為氫氣，同時伴隨著CH4和CO同步增長，其它氣體的濃度較小。H2/CH4的濃度比>10，CO/H2的濃度比>2，氫氣絕對產(chǎn)氣率>15.

3.2.3 當(dāng)變壓器產(chǎn)生低溫?zé)峤鈺r，油中的C-H鍵裂解。這時變壓器的表現(xiàn)氣體仍然主要為氫氣，同時也伴隨著CH4同步增長，而與CO、CO2無關(guān)。H2/CH4的濃度比<10，氫氣絕對產(chǎn)氣率>10.

4 產(chǎn)氫原因判斷二要素

4.1 根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，確定H2、CH4、CO氣體的增長量，并計算相關(guān)濃度比。

4.2 根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，確定H2、CH4、CO氣體的絕對產(chǎn)氣率。

5 故障的識別與判斷

變壓器運(yùn)行中產(chǎn)氫的原因是多種多樣的。單一故障原因產(chǎn)氫用三比值法比較好判別；但多故障原因同時產(chǎn)氫用三比值法判別就會產(chǎn)生誤判或偏差較大。筆者在實踐中運(yùn)用故障產(chǎn)氫的機(jī)理、產(chǎn)氫判斷二要素、試驗驗證三結(jié)合，對多起變壓器產(chǎn)氫故障進(jìn)行了識別和判斷，判斷簡潔而方便準(zhǔn)確，收到了一定的效果。根據(jù)實踐經(jīng)驗筆者對變壓器產(chǎn)氫的識別與判斷方法做如下總結(jié)：

5.1 當(dāng)變壓器中僅有H2氣體含量增加，而H2氣體絕對濃度較小，絕對產(chǎn)氣率也較小時，可判斷變壓器中存在環(huán)乙烷脫氫反應(yīng)、水銹蝕反應(yīng)、變壓器中不銹鋼部件等非故障性產(chǎn)氫；當(dāng)變壓器中僅有H2氣體含量增加，而H2氣體絕對濃度較很大，絕對產(chǎn)氣率也較大時，可判斷變壓器中存在大量空氣滲入。

5.2 當(dāng)變壓器中H2氣體為主要含量，而H2氣體絕對濃度較大，CH4氣體絕對濃度較小，絕對產(chǎn)氣率也較大時，可判斷變壓器中存在氣泡放電。

5.3 在變壓器中產(chǎn)生H2氣體的同時，伴隨著CH4、CO氣體產(chǎn)生，H2/CH4的濃度比>10，絕對產(chǎn)氣率也較大時，可判斷變壓器中存在固體絕緣局部放電。

5.4 在變壓器中產(chǎn)生H2氣體的同時，伴隨著CH4氣體產(chǎn)生，H2/CH4的濃度比<10，絕對產(chǎn)氣率也較大時，可判斷變壓器中存在低溫?zé)峤狻?/p>

5.5 當(dāng)多故障并存時，若變壓器有固體絕緣放電故障，則變壓器表現(xiàn)固體絕緣放電的特點；若變壓器僅有氣泡放電和低溫?zé)峤夤收贤瑫r存在時，則變壓器表現(xiàn)氣泡放電的特點；80%額定電壓下的低負(fù)荷試驗是檢驗是否有低溫?zé)峤夤收洗嬖诘挠行侄巍?/p>

6 試驗驗證

在實際對產(chǎn)氫后的處理過程中，是否把所有故障點全部處理掉，往往缺乏試驗考核確認(rèn)依據(jù)。通過多年的實踐筆者采用105%額定電壓下的低負(fù)荷模擬試驗考核了多臺處理后的產(chǎn)氫變壓器，試驗結(jié)果與實際運(yùn)行結(jié)果大體相近，證明這一方法是可行的。105%額定電壓下的低負(fù)荷模擬試驗是指被處理變壓器在105%額定電壓下帶低負(fù)荷，通過一段時間，在變壓器溫度基本達(dá)到變壓器運(yùn)行時的正常溫度時，對變壓器進(jìn)行油色譜分析檢驗。

7 應(yīng)用舉例

從上表數(shù)據(jù)分析，變壓器產(chǎn)氣經(jīng)過了兩個階段：第一階段（2011年5月8日-2012年1月6日）僅有H2產(chǎn)生，絕對產(chǎn)氣率>10；第二階段（2012年1月8日-2012年1月20日）不僅有H2產(chǎn)生，同時伴隨CH4和CO氣體產(chǎn)生，絕對產(chǎn)氣率>10；經(jīng)過判別，第一階段存在空氣浸入至變壓器中；第二階段變壓器中存在固體絕緣放電。通過變壓器解體檢查，發(fā)現(xiàn)吸濕器與導(dǎo)氣連管接口法蘭處密封墊龜裂，外部空氣沒有通過吸濕器直接進(jìn)入連氣管中，空氣被油箱內(nèi)負(fù)壓吸入。通過對器身檢查發(fā)現(xiàn)高壓B相引線與夾件支板處有放電痕跡。證明是固體絕緣放電。更換吸濕器，處理引線絕緣后，進(jìn)行105%額定電壓下的低負(fù)荷模擬試驗沒發(fā)現(xiàn)氣體產(chǎn)生。變壓器重新投入運(yùn)行至今運(yùn)行狀態(tài)良好。

8 結(jié)束語

8.1 根據(jù)變壓器產(chǎn)氫機(jī)理，運(yùn)用變壓器產(chǎn)氫的二要素，可以簡潔、方便、準(zhǔn)確判斷變壓器的產(chǎn)氫原因。

8.2 對多故障產(chǎn)氫可以運(yùn)用產(chǎn)氫二要素及試驗驗證的方法進(jìn)行判斷。

8.3 通過高電壓低負(fù)荷試驗可以對處理后的產(chǎn)氫變壓器加以驗證。

參考文獻(xiàn)

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