互感器中氫氣含量超過(guò)注意值的原因

馬 銘

互感器中氫氣含量超過(guò)注意值的原因

馬 銘

本文根據(jù)某地區(qū)變電站部分互感器油中氫氣含量增長(zhǎng)的情況，參考一些專業(yè)書籍、咨詢廠家以及結(jié)合其他專業(yè)試驗(yàn)，分析數(shù)據(jù)，由DL/ T722—2000《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》判斷，進(jìn)行歸納總結(jié)主要有三方面的原因：設(shè)備內(nèi)部殘留氣體、內(nèi)部故障、油中含水。

變壓器油氣相色譜法監(jiān)測(cè)的對(duì)象是油中溶解氣體（氫氣、甲烷、乙烯、乙烷、乙炔、一氧化碳、二氧化碳、總烴），對(duì)這些氣體組分進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，可以反映設(shè)備以及油質(zhì)的好壞。加強(qiáng)周期試驗(yàn)和狀態(tài)監(jiān)測(cè)監(jiān)督設(shè)備，能夠及早地發(fā)現(xiàn)充油電氣設(shè)備內(nèi)部存在的潛伏性故障，是監(jiān)督和保障設(shè)備安全運(yùn)行的一個(gè)重要手段。

充油電氣設(shè)備油質(zhì)監(jiān)督過(guò)程中，互感器中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)油中的氫氣含量超過(guò)注意值（150μL/L）或增長(zhǎng)較快，數(shù)據(jù)分析，有的伴有烴類氣體的增長(zhǎng)，有的單純氫高。氫氣含量是色譜分析的主要指標(biāo)，總結(jié)分析氫高的原因，有利于保障設(shè)備安全運(yùn)行和更好地管理設(shè)備。

互感器色譜分析情況

經(jīng)過(guò)多年的油務(wù)化學(xué)工作，發(fā)現(xiàn)油中氫氣含量增長(zhǎng)在充油設(shè)備特別是互感器缺陷和故障中占有一定的比例。我通過(guò)對(duì)某地區(qū)互感器中氫氣含量超過(guò)注意值的大量數(shù)據(jù)分析，總結(jié)歸納了以下幾種情況。

氫氣、總烴含量嚴(yán)重超標(biāo)，設(shè)備發(fā)生內(nèi)部故障。

某220kV變電站110kV電流互感器綜檢，C相色譜分析氫氣含量26684.92μL/L，總烴2595.53μL/L，高壓試驗(yàn)介損增長(zhǎng)，內(nèi)部存在局部放電故障，上報(bào)主管領(lǐng)導(dǎo)后，立即停電，拆除更換。

某110 kV變電站35kV電壓互感器B相諧振過(guò)電壓引起設(shè)備燒毀，油中氣體色譜分析為高能量放電兼高溫過(guò)熱故障，當(dāng)天夜里拆除原設(shè)備進(jìn)行更換。

結(jié)論：氫氣、總烴含量突增，故障嚴(yán)重，需盡快停電檢修或更換。

這類故障一旦在監(jiān)測(cè)周期發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)突增，會(huì)及時(shí)處理。但也有不可預(yù)見(jiàn)性，需要專業(yè)間協(xié)同監(jiān)督，加強(qiáng)狀態(tài)檢修，及早發(fā)現(xiàn)、及早注意、及早處理。

表1　110kV電流互感器C相色譜分析數(shù)據(jù)

表2　35kV電流互感器B相色譜分析數(shù)據(jù)

表3　110kV電流互感器B相色譜分析數(shù)據(jù)

氫氣、總烴數(shù)據(jù)增長(zhǎng)，含量超標(biāo)，設(shè)備存在故障。

某220 kV變電站110kV電流互感器B相色譜分析氫氣、總烴含量增長(zhǎng)，復(fù)查氣體緩慢增長(zhǎng)，判斷設(shè)備內(nèi)部有低溫過(guò)熱故障，建議加強(qiáng)監(jiān)督并檢修處理。該組設(shè)備后更換為少油倒置設(shè)備。

某35 kV變電站35kVⅠ母電壓互感器A相2008.4.29氫氣、甲烷含量過(guò)高，跟蹤分析判斷為低能量局部放電故障，跟蹤監(jiān)督至更換。

結(jié)論：氫氣、總烴超過(guò)注意值，內(nèi)部曾有過(guò)低能量放電和過(guò)熱故障，需加強(qiáng)監(jiān)督，跟蹤分析是否有持續(xù)或繼發(fā)故障。

表5　110kV電流互感器B相色譜分析數(shù)據(jù)

表6　110kV電流互感器A相色譜分析數(shù)據(jù)

歷史氫高

某220 kV變電站110kV電流互感器B相氫氣偏高屬歷史原因，數(shù)據(jù)最高時(shí)氫氣2231.96μL/L，總烴110.44μL/L，跟蹤分析加強(qiáng)監(jiān)督，數(shù)據(jù)平穩(wěn)基本無(wú)增長(zhǎng)，無(wú)繼發(fā)故障，歸于正常監(jiān)督。

結(jié)論：設(shè)備無(wú)繼發(fā)故障，數(shù)據(jù)平穩(wěn)，歸于正常監(jiān)督。油中氣體含量較高在設(shè)備有停電機(jī)會(huì)時(shí)建議濾油、充氮或換油處理。

設(shè)備投運(yùn)后總烴、氫氣增長(zhǎng)較快，經(jīng)復(fù)查后無(wú)增長(zhǎng)趨勢(shì)，是設(shè)備殘存氣體在運(yùn)行過(guò)程中釋放。

某220 kV變電站110kV電壓互感器A相2013.8.3投運(yùn)，投運(yùn)后氫氣增長(zhǎng)較快，復(fù)查后含量平穩(wěn)，轉(zhuǎn)入正常監(jiān)督。

某110kV變電站35kV電壓互感器A相2008.10.29投運(yùn)，投運(yùn)后氫氣、總烴都有增長(zhǎng)，監(jiān)督一段時(shí)間后含量平穩(wěn)。

結(jié)論：新投運(yùn)電流互感器投運(yùn)后氫氣增長(zhǎng)較快，運(yùn)行一段時(shí)間就穩(wěn)定了。

一些35kV電流互感器還存在投運(yùn)后總烴和氫氣都增長(zhǎng)的情況，總烴中甲烷一般較高，大部分在連續(xù)跟蹤后數(shù)據(jù)漸趨穩(wěn)定。

造成氫氣、總烴增長(zhǎng)的主因未查明和根除，我們考慮是設(shè)備內(nèi)部殘存氣體在運(yùn)行過(guò)程中析出。設(shè)備內(nèi)部特征氣體含量較高時(shí)依然存在安全隱患，建議在有停電機(jī)會(huì)時(shí)對(duì)油進(jìn)行處理。

油中含水

某35 kV變電站35kV電壓互感器投運(yùn)前2010.3.6驗(yàn)收，油中水分含量超標(biāo)，氫氣、總烴含量過(guò)高，通過(guò)充氮、換油處理后，油質(zhì)驗(yàn)收合格。2010.3.20投運(yùn)。運(yùn)行一段時(shí)間后，氫氣還是有些高。

結(jié)論：油中微水含量與油質(zhì)好壞和設(shè)備內(nèi)部情況都有關(guān)系。油中微水含量高，氫氣含量相應(yīng)會(huì)高些。

互感器中氫氣含量超過(guò)注意值的原因分析

從以上數(shù)據(jù)分析我們考慮有三方面原因：設(shè)備內(nèi)部殘留氣體、內(nèi)部故障、油中有水。

設(shè)備出廠時(shí)殘留氫氣

由于互感器在制造時(shí)受干燥、浸漬、高電壓試驗(yàn)的熱應(yīng)力和電應(yīng)力的作用，使絕緣材料分解產(chǎn)生氫、烴類氣體，吸附在較厚的纖維材料中，短期內(nèi)難以釋放于油中，在運(yùn)行一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)較高，也有一些互感器在投運(yùn)前檢測(cè)出烴類氣體和大量的氫氣。

互感器密封不嚴(yán)，內(nèi)部絕緣材料受潮，油中水分在電場(chǎng)作用下，會(huì)發(fā)生脫氫反應(yīng)，使油中氫氣含量增加。

互感器內(nèi)部的碳素鋼或不銹鋼會(huì)吸附氫氣，新的不銹鋼可能在加工過(guò)程中或焊接時(shí)吸附氫而又慢慢釋放到油中。特別是在溫度較高，油中溶解有氧時(shí)，某些油漆（醇酸樹(shù)脂）在加工過(guò)程中含有水分，會(huì)吸收大量氫氣，在不銹鋼的催化下，可能生成大量的氫，在制造過(guò)程中脫附處理又不徹底，以致造成了設(shè)備投運(yùn)后在電和熱的作用下，氫氣慢慢釋放出來(lái)。

表7　35kV電壓互感器A相色譜分析數(shù)據(jù)

表8　35kV電壓互感器色譜分析數(shù)據(jù)

出廠時(shí)打壓、加壓較高，油質(zhì)發(fā)生分解造成。

我們?cè)?jīng)請(qǐng)廠家處理了幾組35kV電流互感器備用間隔，這幾組設(shè)備氫氣、總烴含量都在70～100μL/L左右，超過(guò)新油注意值，不能投運(yùn)。經(jīng)廠家和檢修班組充氮處理后，含量降下來(lái)都在10μL/L以下。我們咨詢廠家，可能是出廠時(shí)打壓、加壓較高，油質(zhì)發(fā)生分解造成。考慮內(nèi)部材質(zhì)問(wèn)題，設(shè)備內(nèi)部存在有活性的金屬材質(zhì)，會(huì)起觸媒作用，同油發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使油中出現(xiàn)氫氣含量較高的現(xiàn)象。

這類氣體究其原因可能是在制造廠時(shí)，某些非故障因素使設(shè)備內(nèi)部殘留有較多的故障特征氣體，因此，投運(yùn)前取樣分析把好驗(yàn)收關(guān)是非常重要的，投運(yùn)后跟蹤判斷也不能盲目，要綜合多次數(shù)據(jù)，防止誤判斷。

設(shè)備內(nèi)部故障產(chǎn)生氫氣。

氫氣是放電性故障中的主要成分之一，但在過(guò)熱性故障時(shí)也會(huì)產(chǎn)生，因此用它區(qū)別故障性質(zhì)，其特征性不很強(qiáng)，但它也可能是一種故障信息，需要綜合氣體判斷。

局部放電產(chǎn)氣特征是氫組分最多（占?xì)錈N總量的85％以上），其次是甲烷。

油中水分脫氫

充油設(shè)備內(nèi)部有水受潮時(shí)，油中水分和含濕雜質(zhì)易形成“小橋”或者絕緣中含有氣隙均能引起局部放電，而產(chǎn)生氫氣；同時(shí)水分在電場(chǎng)作用下的電解作用和水與鐵的化學(xué)反應(yīng)，也可產(chǎn)生大量的氫氣。

絕大部分充油電氣設(shè)備，容器底部都有不同程度的水存在，產(chǎn)生水的原因是多方面的，水的存在加速了金屬的腐蝕。由于鋼材本身含有雜質(zhì)，鐵與雜質(zhì)間存在電位差，當(dāng)水溶解了空氣中二氧化碳，或油中的少量低分子酸后，便成了能夠?qū)щ姷娜芤海@種溶液與鐵及其雜質(zhì)構(gòu)成了一個(gè)微小的原電池。其化學(xué)反應(yīng)為：

鐵失去電子生成Fe2+后，與溶液中的OHˉ結(jié)合形成Fe（OH）2，吸附在鐵表面的H+，在陽(yáng)極獲得電子，生成H，放出氫氣。

因此，進(jìn)水受潮的設(shè)備里，氫氣在氫烴總量中所占的比例更高。

總結(jié)

氫氣含量是色譜分析的主要指標(biāo)，在氣體監(jiān)測(cè)過(guò)程中，應(yīng)考慮到多方面的因素，嚴(yán)格按規(guī)程規(guī)定做好監(jiān)督，加強(qiáng)狀態(tài)檢修，做好設(shè)備缺陷管理，有異常及時(shí)回饋信息，查找原因，盡早排除隱患，采取措施以保證設(shè)備的安全運(yùn)行。

對(duì)數(shù)據(jù)異常設(shè)備應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)督力度，多次對(duì)比數(shù)據(jù)增長(zhǎng)情況，以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，必要時(shí)請(qǐng)電科院配合做好數(shù)據(jù)的分析采集對(duì)比，做到不誤判斷導(dǎo)致設(shè)備異常擴(kuò)大。

針對(duì)35kV互感器數(shù)據(jù)異常較多，設(shè)備自身安全穩(wěn)定性也差，需加強(qiáng)跟蹤、及時(shí)處理排除設(shè)備隱患。

新設(shè)備出廠投運(yùn)前，一定要嚴(yán)把驗(yàn)收關(guān)。投運(yùn)前各項(xiàng)指標(biāo)良好的設(shè)備，在以后的監(jiān)督中也很少出現(xiàn)問(wèn)題。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.24.005