（白山供电公司 吉林省白山市 134300）
摘要：对运行变压器油中气体组分含量出现的原因与发展，及超过注意值状态进行了详细分析，并提出了氢气、总烃含量超标状态下运行存在潜伏性故障的危害。
关键词：运行中；变压器油；异常分析
前言
运行中的变压器油气相色谱分析，以检测变压器油中气体的组成和含量，是早期发现变压器内部故障征兆和掌握故障发展情况的一种科学方法。特征气体的出现与变压器运行中的实际状况及设备材质的处理工艺有关。本文根据实际运行变压器中出现氢气、总烃含量超标的具体情况，分析了产生气体的原因。
附表 白山供电公司金英220kV变电站66kV 1号接地变压器色谱试验数据
1.1号接地变压器油中产生氢气的原因分析
一般情况下所用变压器绝缘油中产生氢气有以下几种原因：
1.1水分的电解及与铁的化学反应
所用变压器由于制造时干燥不好、运行中受潮或因油在光、热、电的作用下氧化析水，其内部就会有水分和含湿杂质，水分在电场的作用下电解就会产生氢气；另外，水与铁的化学反应也会产生大量的氢气。其化学反应方程式分别为：
2H2O→2H2↑+O2↑ 3H2O+2Fe→3H2↑+Fe2O3
1.2烷烃的裂化反应
所用变压器中的绝缘油是由烷烃、环烷烃和芳香烃等许多不同分子量的碳氢化合物组成，由于电和热故障的作用，使某些碳氢键、碳碳键断裂，伴随着大分子烷烃转变成氢气和低分子烃类气体，即氢气、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等。
1.2.1低能量放电故障
在低能量放电的作用下，通过离子反应使最弱的碳氢键断裂，因这种放电不涉及固体绝缘材料，主要产生氢气而积聚，甲烷也少量伴随上升。由于甲烷生成量较少，分析对比时误差会很大，实际分析应用意义不大，所以仍是属于单氢增长分析范围。引起放电的初始原因可能是存在折皱、间隙、浸渍不良等，当进一步加重成为火花放电时，产气量急增，当产生的气体在油中溶解饱和时，将在油中出现气泡，使放电更加强烈，以至破坏绝缘。但这时大量的乙炔产生出来，涉及固体绝缘还会有较多的一氧化碳、二氧化碳，所以较严重的放电故障判断反而更加容易。但这时故障已发展到一定程度，危险性大大增加。
1.2.2过热性故障
当设备内部存在高温热点时，也会产生大量的氢气。设备处于正常状态下热点温度和电场强度均不足以使油产生裂解或脱氢，当热点温度处于约300 ℃的低温或热点温度较高但油与热点接触时间很短（如循环的油）时，会引起烷烃裂解或脱氢，产生以氢气为主的故障类型，但正因为同时有烷烃的裂解，因而会伴随产生低分子的烷烃，如甲烷、乙烷等。这类故障因氢气升高的同时，伴随其它气体的产生，因此，分析判断并不十分困难。
1.3环乙烷的脱氢反应
环烷烃是所用变压器中绝缘油的主要成分之一。环烷烃中有一种环乙烷，它在石油中的含量在0．5％～1％之间，在炼油过程中，由于工艺条件的限制，难免要在绝缘油的馏分中残留下少量的轻质馏分，其中也包括环乙烷。环乙烷在某些条件下（如催化剂、适宜的温度等）会发生脱氢反应生成氢气和芳香烃，在正反应中，1 mol环乙烷可生成 3 mol氢。1 mol氢气在标准状态下的体积是22.4 L，1 mol环乙烷的体积为0.108 L，生成物氢的体积是反应物环乙烷的体积的22.4×3/0.108=622 倍。可见，所用变的绝缘油中只要存在极少的环乙烷，就会出现高浓度的氢气。
据有关资料介绍，这种现象是绝缘油中环乙烷的脱氢反应所致。这是因为设备的主要构件用不锈钢合金制成，合金中的镍是一种脱氢催化剂。设备投运初期，绝缘油中有较多的环乙烷，而没有或只有少量的氢，在电场和镍的催化作用下，这时的脱氢反应速度大于加氢反应速度。经很长的时间运行后，正逆反应速度逐渐接近，最后达到平衡，此时油中氢气浓度升至最大值。以后，随着设备运行时间的增加，合金表面会逐渐钝化，催化活性减弱，不利于常温条件下正反应的进行，使平衡向左移动，即加氢反应速度大于脱氢反应速度，形成油中氢气浓度呈缓慢下降趋势。
1.4其它非故障原因
新的不锈钢材料在加工过程和焊接过程中吸附氢气而后释放到油中，设备曾有过故障而脱气不彻底时或设备在出厂试验时由于试验电压较高等都可能引起油中氢气增加。
以上是氢气产生的主要原因，过热性故障会或多或少地有一些其它特征气体伴随产生，而电、潮、脱氢都会引起氢气单一增高，仅靠以上现象还不能正确区分属于哪一种情况，必须结合特征气体进行故障类型判断。
2 根据特征气体判断故障类型
变压器绝缘油中气体含量的分析常用的方法有三比值法、无编码比值法和单项成分超标法。单项成分超标法比较适合氢气单一增高的特例，以下方法对上述接地变压器绝缘油气体含量超标现象做一简要分析。
2.1过热性故障：当设备内部存在高温热点时，也会产生大量的氢气。设备处于正常状态下热点温度和电场强度均不足以使油产生裂解或脱氢，当热点温度处于约300 ℃的低温或热点温度较高但油与热点接触时间很短（如循环的油）时，会引起烷烃裂解或脱氢，产生以氢气为主的故障类型，但正因为同时有烷烃的裂解，因而会伴随产生低分子的烷烃，如甲烷、乙烷等。这类故障因氢气升高的同时，伴随其它气体的产生。
2.2低能量放电故障
在低能量放电的作用下，通过离子反应使最弱的碳氢键断裂，因这种放电不涉及固体绝缘材料，主要产生氢气而积聚，甲烷也少量伴随上升。由于甲烷生成量较少，分析对比时误差会很大，实际分析应用意义不大，所以仍是属于单氢增长分析范围。引起放电的初始原因可能是存在折皱、间隙、浸渍不良等，当进一步加重成为火花放电时，产气量急增，当产生的气体在油中溶解饱和时，将在油中出现气泡，使放电更加强烈，以至破坏绝缘。但这时大量的乙炔产生出来，涉及固体绝缘还会有较多的一氧化碳、二氧化碳，所以较严重的放电故障判断反而更加容易。但这时故障已发展到一定程度，危险性大大增加。
参考文献：
[1]DL/T722-2014变压器油中溶解气体分析和判断导则
[2]Q/GDW1168-2013输变电设备状态检修试验规程
[3]国网（运检/3）829-2017国家电网公司变电检测管理规定
论文作者:范春玲
论文发表刊物:《电力设备》2018年第6期
论文发表时间:2018/7/9
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