變壓器氫氣含量超標的原因分析與處理

曹軍

【摘 要】大板發(fā)電公司四臺變壓器油中氫氣含量超過注意值，通過分析檢查處理，發(fā)現是金屬波紋儲油柜不銹鋼材質引起氫氣含量超標，并對這一問題進行了分析處理。使變壓器氫氣含量超標的問題得以消除。本文對電力同行變壓器氫氣含量超標判斷有指導意義。同時還對此類問題提出了預防措施。

【關鍵詞】電力變壓器;色譜分析;油中氫氣;儲油柜;三比值法

一、引言

正常運行的變壓器油中溶解氣體的組成主要是氧氣和氮氣但由于內部絕緣油和固體絕緣材料受溫度、電場、氧氣及水分和銅、鐵等材料的催化作用，隨運行時間延伸發(fā)生速度緩慢的老化和分解，將生成少量的氫氣和烴類氣體。如果變壓器氫氣含量出現超標現象，可能是設備進水或有氣泡存在，引起水和鐵的化學反應;或在較高的電場作用下，水或氣體分子分解;以及由電暈作用產生;絕緣材料受潮、金屬材料脫氫反應等。這里介紹由金屬波紋儲油柜不銹鋼材質脫氫反應引起氫氣含量超標的現象，并通過數據分析和現場經驗得以根本解決。

二、事故經過及采取措施

（一）事故經過

大板發(fā)電公司一、二號機組共有兩臺高壓廠用變壓器（型號：SFF10-70000/20，額定電壓：20±2×2.5%/10.5-1.5kV）和兩臺公用脫硫變壓器（型號：SF9-35000/20，額定電壓：20±2×2.5%/10.5kV）于2010年現場安裝完畢，2013年1月13日投入運行。至從變壓器投運后，經連續(xù)油色譜分析發(fā)現四臺變壓器氫氣含量持續(xù)升高，均超過行業(yè)標準DL/T722-2014《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》中規(guī)定的150μL/L注意值（見附件1）。

（二）采取措施

三比值法氣體分析能根據各組分的含量、比值、產氣速率判斷變壓器的故障原因及性質，在解決各類變壓器故障中發(fā)揮重要作用。通過三比值法進行故障診斷代碼為“011”判斷故障表現為中溫過熱，由于只有氫氣含量超標，而其它烴類氣體并沒有明顯增長趨勢，因此利用三比值法進行故障診斷沒有指導意義，只有油中氣體各組分含量足夠高或超過注意值，并且經綜合分析確定變壓器內部存在故障后，才能進一步用三比值法判斷故障性質。因此氫氣含量超過注意值，但總烴并未發(fā)生突變，懷疑是新變壓器剛投入運行時，由于制造廠在干燥、浸漬及電氣試驗過程中，絕緣材料受熱和在電應力的作用下產生的氣體被多孔性纖維材料吸收，殘留于線圈和紙板內，此外，金屬材料如奧氏體不銹鋼、碳素鋼等還可能吸藏一定的氫氣，在運行初期氫氣含量較高并逐步增長，一般大約在半年至一年達到最大值后才逐漸降低，鑒于此原因，大板發(fā)電公司在繼續(xù)觀察運行的同時采取了以下措施：

1.定期用鉗形電流表檢測變壓器鐵芯、夾件的接地電流，均小于100mA，滿足規(guī)范要求。

2.將油色譜取樣間隔時間縮短為每月一次增加化驗次數，通過試驗數據及時掌握氫氣含量及總烴變化趨勢。

3.加強設備的巡檢每周用紅外成像儀對變壓器本體進行測溫，沒有發(fā)現明顯的過熱部位。

4.定期對變壓器油進行擊穿耐壓試驗大于60kV、介損小于4%、微水小于10mg/L，均符合GB/T7595-2008《運行中變壓器油質量》中標準。

5.利用機組停機機會進行變壓器繞組直流電阻、絕緣電阻、吸收比試驗、繞組tgδ測試、泄露電流測試等，上述試驗數據均合格。

三、氫氣產生原因分析

2015年初鑒于1A高廠變壓器氫氣含量有趨于穩(wěn)定的趨勢，判斷新投運設備氫氣釋放已基本完成達到飽和狀態(tài);同年3月31日對1A高廠變壓器進行真空濾油處理，沒想到氫氣含量并沒有趨于穩(wěn)定反而有加速增長的趨勢。2016年7月4日變壓器氫氣含量再次持續(xù)增加達到310.75 μL/L，考慮到真空濾油只能除去油中的氫氣，如果絕緣材料受潮需要進行抽真空脫氣處理，因此7月7日將變壓器油全部排到油罐里，然后用真空泵對變壓器內部進行抽真空，抽到內部殘壓133Pa以下維持8小時，在維持真空的條件下將油罐中的油重新真空注回到變壓器內，并進行真空濾油12小時。2017年1月16日氫氣含量再次達到199.74μL/L（見附件2），而其他三臺變壓器氫氣含量也在持續(xù)升高。因此變壓器氫氣含量超標應從以下幾方面進行分析：

（1）對于新投入運行的變壓器來說，特性氣體含量（除C2H2外）有一定的變化當屬正常，這是由于變壓器內部絕緣油和固體絕緣材料受溫度、電場的作用以及制造過程中的殘氣在運行中逐漸釋放到油中，使其濃度達到最大值后，慢慢趨于穩(wěn)定，但四臺變壓器運行多年氫氣含量并沒有趨于穩(wěn)定，濾油后氫氣含量及產氣速率明顯加快，說明氫氣含量超標與新設備殘氣沒有關系。

（2）如果變壓器進水或絕緣材料受潮將會造成氫氣含量增加，此時進行抽真空脫氣處理，氫氣含量會趨于穩(wěn)定，并且油耐壓試驗、介損、微水含量均合格，因此可以排除變壓器進水或絕緣材料受潮的問題。

（3）火花放電、局部放電、電弧等均會引起氫氣含量升高，根據近幾年變壓器油色譜跟蹤分析結果，這四臺變壓器油中H2氣體的增長趨勢明顯，而烴類氣體含量雖略有增加，但增速都相對緩慢，且其絕對值都沒有超過注意值，特別是沒有產生C2H2氣體。再從總烴來看，其絕對值和增長速率均在正常范圍內，由此可判斷該主變壓器內部不存在潛伏性故障。

（4）金屬波紋儲油柜，采用超柔性不銹鋼波紋補償器作為容積補償元件和隔離密封元件，由于不銹鋼材質在變壓器油逐漸氧化過程中，不銹鋼材料中的鎳分子會促進變壓器油產生脫氫反應。在這個過程中，鐵、同等

金屬能夠加強油的氧化反應作用。由于它們具有可變的原子價，促使過氧化物分解，起著氧化反應催化劑的作用，同時產生大量的氫氣。由于四臺變壓器金屬儲油柜均為同一廠家生產并且同一批次產品，因此懷疑不銹鋼材質脫氫反應引起氫氣含量超標的可能性較大。

四、處理情況

經過分析已經初步判斷是金屬波紋儲油柜不銹鋼材質引起的氫氣含量超標，于是2017年3月16日真空濾油后將1A高廠變金屬波紋儲油柜更換為膠囊式儲油柜，設備運行到2019年7月4日氫氣含量為62.46μL/L，期間并沒有出現持續(xù)上升的趨勢，總烴也保持穩(wěn)定，說明氫氣上漲與金屬波紋儲油柜有直接關系。2018年9月30日又將2B公用脫硫變金屬波紋儲油柜更換為膠囊式儲油柜，并進行真空濾油處理，運行到2019年7月份氫氣含量為11.39μL/L，氫氣增長平穩(wěn)。說明不銹鋼波紋儲油柜是造成變壓器氫氣含量超標的主要原因。油色譜分析數據見附件3。

五、結論

通過將變壓器金屬波紋儲油柜更換為膠囊式儲油柜，氫氣含量超標的問題得到了有效的解決，說明大量氫氣產生與儲油柜不銹鋼材質有直接關系。下一步將對另外兩臺變壓器金屬波紋儲油柜進行更換，徹底解決我廠變壓器氫氣含量超標的問題。

六、結束語

變壓器在正常運行中總會產生一些氫氣，如果氫氣含量超標而其他氣體并沒有發(fā)生明顯變化，不應該判斷變壓器內部出現故障，而應該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，縮短監(jiān)測周期密切關注其他可燃氣體的變化，可以準確判斷出故障原因，避免浪費大量人力物力，最終進行有效處理，保障設備安全穩(wěn)定運行。

參考文獻：

[1] DL/T722-2014，變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則

[2] DL/T596-1996 電力設備預防性試驗規(guī)程

[3] 變壓器油及相關故障診斷處理技術/錢旭耀編著-中國電力出版社2006

（作者單位：內蒙古大板發(fā)電有限責任公司）