一起500kV變壓器油中氫氣超標原因分析及處理措施

高曉東++菅有為++袁計委++尹國慧

摘 要：運行中的電力變壓器，常常會出現油中氫氣含量超標，而氫氣含量的增長，不少情況下是電性故障的前兆，也會造成變壓器絕緣的缺陷，所以氫氣含量也是變壓器能否繼續安全運行的重要指標之一，本文通過處理一起500kV變壓器油中氫氣超標事件，分析氫氣超標原因并給出處理措施及建議。

關鍵詞：氫氣超標；油色譜分析；局部放電；熱油循環

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.002

1 故障概述

某500kV變電站#1主變A相型號為ODPS-250000/500，自2013年3月28日投運以來，氫（H2）和甲烷（CH4）不斷增長，投運3個月后增長趨勢明顯，6個月后氫超過規程注意值150μL/L，且（CO、CO2、C2H6）也有不同程度的增長。2014年以來H2組份增長速度明顯加快，8月29日色譜分析氫（H2）已經達到304μL/L，超過注意值一倍，甲烷（CH4）達到22μL/L。在線色譜檢測裝置發二級報警信號。

2015年2月10日，因電網方式變化，#1主變由運行轉熱備用，方式變化前離線色譜分析氫（H2）達457μL/L。3月4日，#1主變由熱備用轉運行，此時色譜分析氫（H2）已經達到466μL/L。3月18日，#1主變由運行轉熱備用。

為進一步排查問題，2015年5月5日，申請將#1主變由熱備用轉為運行，離線色譜分析氫（H2）達497μL/L。

2 故障判斷

針對油中氫（H2）不斷增長的問題，對油進行了油耐壓和微水含量測試，試驗數據均在正常范圍內，由于伴隨甲烷等氣體的產生，檢修人員懷疑存在放電現象。2015年5月6日，檢修人員使用JD-S100型變電站局放帶電檢測系統對#1主變A相進行測試。

測試過程：采用高頻、特高頻和超聲法對#1主變A相進行測試，在#1主變A相上測得異常的超聲信號，但未測得異常的高頻及特高頻信號。采用多個超聲傳感器進行同步測試，綠色、紅色、紫色標識的超聲傳感器分別粘貼在變壓器的外壁上，對應的測試結果用相同的顏色來標識。

為進一步確定超聲信號源的位置，在變壓器箱體的西側外壁上粘貼多個傳感器進行同步測試，首先測試超聲信號沿著水平方向的變化情況，各傳感器的具體位置及測試并得知，超聲信號源應靠近紫色標識的傳感器，結合變壓器的結構，超聲信號源應位于中性點套管與箱體中心線之間的區域。

接下來，測試超聲信號沿著垂直方向的變化情況，測試照片及典型的測試結果，由此得知，靠近外壁中間位置的超聲信號幅值較大，且在時間上中間位置的超聲信號超前于其它位置，因而，超聲信號源應靠近外壁中間位置，該信號由局放產生。經過多次移動超聲傳感器對比測試，最后確定超聲信號源應位于靠近變壓器西側外壁中間位置，位于油箱中心線與中性點套管之間的區域。

3 處理措施

確定內部存在放電之后，結合停電對故障主變進行處理，與廠家溝通后決定采用熱油循環的處理措施，處理過程如下：

（1）變壓器停電后，使用高真空濾油機采用上進下出的方式對本體進行熱油循環，循環時濾油機出口油溫65±5℃，至頂層油溫至45℃后停止循環。

（2）使用油泵對本體快速放油，至放空，放油過程中持續充入熱干燥空氣（加熱溫度不小于35℃），干燥空氣露點不小于-40℃。

（3）當環境溫度大于等于20℃，對本體進行抽真空，真空度不小于40Pa；當環境溫度低于20℃，向本體內部注入本體一半的油量，并立即對本體進行熱油循環，循環時濾油機出口油溫65±5℃。如此反復進行不少于兩天的時間后，將本體內部變壓器油注至溫度曲線要求后，停止注油。

（4）再次對本體進行熱油循環，使用高真空濾油機采用上進下出的方式對本體進行熱油循環，循環時濾油機出口油溫65±5℃，取油樣化驗合格后停止循環。

（5）靜放72小時后進行常規及局放試驗，各項試驗數據均在合理范圍內。

4 原因分析

變壓器無論是熱故障還是電故障，都會導致絕緣介質裂解產生一些特征氣體，其中，氫氣是各種故障氣體的主要成分之一；氫氣超標的主要原因有以下幾點[1，2]：環己烷脫氫反應、變壓器進水受潮使金屬物發生銹蝕反應、變壓器油發生低溫熱解以及發生局部放電等。

本案例變壓器油中產生大量的氫氣，同時產生甲烷（CH4）、乙烯（C2H6）等低碳烴，氫氣（H2）的增長過程都與甲烷（CH4）顯著相關，且超聲波局部放電測試明顯檢測到放電信號，能量較低所以色譜分析中沒有發現乙炔（C2H2）；經過長時間熱油循環恢復正常，說明不存在固體絕緣損壞情況；綜合以上情況判斷，此次氫氣（H2）超標主要由于變壓器絕緣紙烘干效果不好，存在一定水分，投運后，內部產生低能量的局部放電，進而氫含量才不斷增長。

5 建議

變壓器在正常運行中總會產生一些氫氣，在變壓器出現異常或故障工況時，氫氣作為最基本的特征氣體會首先發生變化，因此發現變壓器油出現氫氣（H2）超標時，不要盲目根據某一數值下定論，首先要綜合考慮變壓器運行工況、檢修記錄、巡檢記錄和運行記錄，綜合設備的各方面數據進行分析判斷；其次要縮短檢測周期，關注故障的發展劣化趨勢；再次，在故障判別時要積極關注變壓器油中分解出與故障性質和故障嚴重程度相關的各種氣體，通過這些氣體的種類、含量和數量變化趨勢可以準確判斷出故障原因，最終進行有效處理，保障設備的安全經濟運行。

參考文獻：

[1]王志勇.變壓器油中氫氣含量超標分析與處理[J].電力安全技術，2011，33（01）：86-90.

[2]姜金德，鄧嶸.一起主變壓器氫氣超標的分析及處理[J].廣西電力，2007，1（02）：71-75.