【摘 要】 针对本厂出现的变压器中绝缘油氢含量超过注意值的现象进行了原因分析，找出了氢含量超标的原因，并提出了相应的措施及对策。
【关键词】 变压器油，氢含量，原因分析
中图分类号： TM6 文献标识码： Ａ文章编号：ISSN1004-1621（2018）10-078-03
变压器是发电厂生产运行的重要设备，而变压器运行的健康状况可以通过对变压器中绝缘油的色谱分析结果进行判断，通过对绝缘油中的甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、氢气、一氧化碳、二氧化碳含量的检测，来判断变压器内部是否存在潜在的故障以及严重程度。而近年来，绝缘油中氢含量超标的情况屡见不鲜，这种情况加速了绝缘油的老化，减少绝缘材料的使用寿命，起不到很好的散热、冷却效果，甚至造成更加严重的事故。结合我厂实际实例，对油中溶解气体进行跟踪分析，找出产生问题的原因，进行处理，确保变压器的安全稳定运行。
1.油中氢气的来源
1.1水分的电解及与铁的化学反应
一般来说，当油中存在水分时，在电场的作用下，水分将发生电解产生氢气，或者水分也可与铁发生反应放出氢气。在温度较高、油中有溶解O2时，设备中某些油漆（醇酸树脂）在某些不锈钢的催化下，可能生成大量的H2，或者不锈钢与油的催化反应也可生成大量的H2；新的不锈钢中也可能在加工过程中吸附H2或焊接时产生H2；有些改型的聚酰亚胺型绝缘材料与油接触也可生成某些特征气体；油在阳光照射下也可以生成某些特征气体。
1.2烷烃的裂化反应
变压器油主要由烷烃、环烷烃和芳香烃组成，其中烷烃的热稳定性最差。这些有机物在高温下会发生裂化。在裂化过程中，主要是由大分子烷烃转变为小分子烷烃、不饱和烃（烯烃和炔烃）及氢。而实例中的绝缘油只有氢气含量高，其他特征气体很低，由此判断，不可能是由设备内部故障引起的。
1.3环己烷的脱氢反应
环己烷是变压器油的主要成分之一，环烷烃中有一种环己烷，在炼油过程中，由于工艺条件的限制，难免要在变压器油的馏分中残留下少量的轻质馏分，其中就包括环己烷。在某些条件（如催化剂、温度等）下，就可能因它发生脱氢反应而产生氢。
常用的催化剂往往也是加氢催化剂，故催化反应常是一平衡体系。正方向是吸热反应，逆方向是放热反应。在常温下并有较多氢气存在时，平衡向左移动，有利于环己烷的生成，温度升高，体系中氢气含量极少或者没有氢气时，平衡向右移动，有利于氢和苯的生成。
2.可能存在的原因分析
2.1气泡的运动和交换
变压器在故障下产生的气体在其内部会有一个传质过程。故障点产生的气泡会因浮力上升，在上升的过程中与附近油中已溶解的气体发生交换。气体溶解在油中，由于油的对流、扩散将气体分子传递给变压器的各部分，热解气体溶 解在油中多少决定于气泡的多少，运动的快慢。
当热解气体达到饱和时，不向外逸散，在压力、温度的条件下饱和油内析出的气体成了气泡。在变压器运行时，受到油的运动、机械杂质震荡，电场的影响使气体在油中溶解度减小而析出气泡。
2.2变压器设备产气故障检测
变压器油中的气体是根据气相色谱仪进行检测的一种分析方法，能及早地发现充油电气设备存在的潜伏性故障。变压器设备产气的故障分为过热性故障和放电性故障。其中过热性故障包括低温过热、中温过热、高温过热，放电性故障包括高能量放电（又称电弧放电），特征气体是乙炔和氢气；低能量放电（又称火花放电），是一种间歇性放电故障，特征气体是乙炔和氢气，总烃一般不高；局部放电，指液体和固体绝缘材料内部形成的一种放电现象，特征气体是氢组分含量多。 表1 不同故障类型产生的气体
充油电气设备内部的油纸绝缘材料，正常运行时在热和电的作用下，会逐渐老化和分解，产生少量的H2、低分子烃类气体及CO、CO2等气体；在热和电故障情况下，也会产生这些气体。这两种来源的气体在技术上无法区分开，在数值上也没有严格的界限，而且与负荷、温度、油中的O2含量和含水量、油的保护系统和循环系统等许多可变因素有关。因此，在判断设备是否存在故障及其故障的严重程度时，应根据气体含量的绝对值、增长速率以及设备运行状况、结构特点、外部环境等因素进行综合判断。有时设备内并不存在故障，而由于其他原因，在油中也会出现上述气体，应注意这些可能引起误判断的气体来源。为了识别故障，提出了气体含量和产气速率的注意值。
表2 运行中变压器和电抗器油中溶解气体含量注意值（μL/L）
现在我们利用已经发展很成熟的气相色谱分析法来对油中的溶解气体进行诊断，气相色谱分析是一种物理分离分析法。当变压器内部故障时故障点周围的变压器油和固体绝缘材料因发热而产生气体，其中大部分气体不断溶入油中。对变压器油的分析就是从运行中的变压器或其它充油设备中取出油样，用脱气装置脱出溶于油中的气体，由气相色谱仪分析从油中脱出气体的组成成分和含量，通过对这些数据的分析，来判断变压器内部有无故障及故障的性质和严重程度。
检测变压器油中溶解气体能检测出哪些气体超出注意值，诊断变压器内部隐藏的故障。故障下产生的气体油一定的累计性。充油电气设备潜伏性故障所产生的可燃性气体溶解于油中，随着故障的持续，气体不断地产生、积累，最后析出气泡。所以油中故障点积累到一定程度是诊断变压器故障存在和发展趋势的一个依据。
当变压器内部产生故障有气体析出时，产生气体的速度要引起注意。正常情况下充油的电气设备在热和电场的作用下也会产生一些气体，但产气速率缓慢，设备运行时间不长，脱气后，油中含气量很低时不需要用产气速率来判断，以免产生误差。当设备内部存在故障时，运行中的变压器产生气体的速度加快。
对于充油的电气设备中溶解气体主要来源于空气的溶解，正常运行下产生的气体，故障运行下产生的气体。凡是变压器油枕用金属膨胀器（内部为不锈钢）容易与油反应，产生氢气超标的现象较高。绝缘油在不同温度、不同能量的作用下也会产生气体。
3.变压器故障的判断
此表是我厂某500KV变压器跟踪分析数据表，据上表可以分析出，只有氢气含量超过规定注意值，其他组分基本趋于稳定状态，不具备过热性故障和放电性故障条件，我们不能盲目运用三比值法（在热动力学和实践的基础上总结得出的，利用五种气体：CH4、C2H4、C2H6、C2H2、H2的三对比值--C2H2∕C2H4、CH4∕H2、C2H4∕C2H6的编码组合来进行故障类型判断的方法，一般在特征气体超过注意值时使用）来进行故障类型的判断。设备内部进水受潮或者固体绝缘中含有水分在电场的作用下都可产生大量的氢气。但是根据表中的结果显示，此绝缘油水分是合格的。另外对油质进行了其他相关实验表明，此绝缘油的物理性质、化学性质及电气性能均无明显的变化，可以证明油质本身是合格的。
结合以上实验的分析情况，我们及时和电科院、厂家等资深人士沟通、联系，基本判断变压器内部并无故障产生，产生氢气的原因不是变压器内部故障导致，而是由于变压器内部绝缘纸材质原因及气泡放电所致，随着气泡量的减少，产生氢气的量也会趋于稳定。
4.结束语
通过对我厂变压器的跟踪监督及分析处理，目前氢气组分含量稳定在180μL/L左右，截至目前为止并无增长趋势。通过跟踪实验及分析我们也增加了类似问题的经验，不能盲目的认为某组分含量超过注意值就说明变压器设备出现了故障，而是具体问题具体分析，及时和相关专业人员进行沟通，缩短实验周期，加强跟踪分析，彻底排查设备可能出现的状况，找到问题的症结，最终在合适的机会解决问题，让变压器处在一个良好健康的状态下，为我厂机组的安全稳定运行助一臂之力。
参考文献
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论文作者:尹青
论文发表刊物:《科学教育前沿》2018年10期
论文发表时间:2018/12/19
标签：气体论文; 变压器论文; 故障论文; 氢气论文; 含量论文; 烷烃论文; 设备论文; 《科学教育前沿》2018年10期论文;