变压器油含氢量超标浅析

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1.变压器油中氢气含量升高的危害

氢气与油中溶解的空气混合以溶解状态或悬浮状态存在于变压器油中。当运行条件，如油温或油压发生变化时，氢气便会以微小气泡的形式从油中析出，在狭长的缝隙中逐渐积聚并附着在绝缘表面上，这就形成了气泡性电晕放电的条件。这种放电若发生在导线绝缘和垫块之间或导线绝缘和撑条的缝隙处，造成的危害就更大。

2.变压器油中产生氢气的原因

2.1 变压器油在电磁场作用下的分解

一般情况下，110kV及以下电网中的变压器所用的变压器油都是25号变压器油，属于石蜡基油。石蜡基油中烷烃比例较大，烷烃类油化学性质比较稳定，抗氧化性能好，但是耐热性能较差，尤其在电场作用下容易发生脱氢反应。

2.2 水分对变压器油的影响

通常变压器油中的水分主要是由于变压器受潮产生水引起的。因为水分子为强极性，在电场作用下水分子发生极化而形成偶极子，并按电场方向转动而形成泄露电流较大的水桥，进而引起水分子汽化而生成气泡。在电场作用下，气泡又形成气体小桥，气泡的介电常数小于油的介电常数，此时气泡承受的电场强度更高，引起电晕放电，致使气体水分子首先被电离生成氢气和氧气。

纸绝缘干燥不彻底或空气中水分侵入等原因也会引起氢气的产生，这是因为油浸纸绝缘放电的起始场强随着固体绝缘的干燥程度而增加。

2.3 金属促进变压器油脱氢反应

由于变压器中使用了一部分不锈钢材料，在变压器油逐渐氧化过程中，不锈钢材料中的镍分子会促进变压器油产生脱氢反应。一种固体要成为催化剂，能够吸附反应物是一个基本条件。催化作用过程中，物理吸附能显着降低其后进行的化学吸附的活化能。在同时，变压器油是烃类化合物。由于烃分子热解或氧分子的碰撞产生了游离基R，R与氧分子的自由价结合，生成过氧化自由基R+O2—>ROO，然后ROO再和油中的新烃分子结合产生新的自由基。在这个过程中，铁、铜等金属能够加强油的氧化反应作用。由于它们具有可变的原子价，促使过氧化物分解，起着氧化反应催化剂的作用，同时产生大量的氢气。

2.4 变压器油的析气性

变压器油析气性是指变压器油在电场和电离的作用下会产生放气或吸气的现象。油品析气现象的产生，是因为溶解于油中的气泡，在高电场强度的作用下，发生游离而形成高能量的电子或离子。这些高能量粒子对油分子产生剧烈碰撞使油分子的C-H或部分C-C链断裂，产生活泼氢及活性烃基基团，通过活泼氢对烃分子的作用，产生吸气或放气现象。

2.5 绝缘材料中吸附的氢气释放

在变压器干燥、浸渍、高电压试验等热和电的作用下，绝缘材料分解产生氢气、烃类气体，这些气体吸附于多孔性而且较厚的固体绝缘纤维材料中，短期内难以释放到油中去。由于变压器绝缘材料使用得较多，绝缘层内部吸附的气体完全释放于油中所需时间较长，因而出厂试验时油和纸中气体尚未达到溶解平衡，氢气含量偏低。经过一段时间后，变压器到达现场验收时，氢气含量偏低。经过一段时间后，变压器到达现场验收时，纸中所吸附的气体逐渐释放出来，所以油中溶解的气体，尤其是氢气含量明显升高。

同时，一些金属材料如碳素钢和不锈钢等也可促进变压器油发生脱氢反应，从而使氢气释放到变压器油中，造成油中氢气含量增高。这就是变压器在投运前含有一些特征气体的原因。

3.变压器油中氢气含量增高的防范

3.1 变压器内部裸露的金属，如铜、铁及不锈钢材料，在其表面必须覆盖绝缘漆，以防止与变压器油中水分反应或作为催化剂加速变压器油的氢化裂解。而且，金属材料的所有表面绝缘漆必须彻底固化后，才能进行油箱注油。

3.2 严格执行变压器工艺规程，尽量降低变压器绝缘材料的含水量。在变压器出厂整理时，尽量缩短其暴露在空气中的时间，以防止水分的侵入，避免水分在电场作用下的电离。

3.3 在确认变压器内部没有故障点的情况下，处理油中氢气含量异常增高通常有两种方法：一种方法是采用现场换油，采用此方法处理后的变压器油除氢较为彻底，但是成本较高；第二种方法是采用热油循环或真空分离方法。

4.案例

2006年底南通美亚热电有限公司扩建（B）工程中的新安装的主变压器，为一台110kV双绕组油浸风冷升压变压器，SF9-8000/110。在变压器首次送电前的气相色谱试验报告中显示，油样中氢气含量为15uL/L，不符合电力行业标准DL/T722-2000中对出厂和新投运设备气体含量的要求（氢气<10uL/L），其余各项指标均符合要求。

氢气的微量超标，可能是变压器绝缘材料中的氢气在出厂后逐渐释放到变压器油中造成的，也有可能是变压器运输到现场后，注入的补充油中气体含量不合格造成的。由于氢气含量很低，决定用真空滤油机在变压器本体进行循环，滤油机是向当地供电局借用的。在油循环进行了两天以后，检测报告显示除氢气严重超标以外，还出现了大量超标的甲烷、乙炔等气体。又循环了一天再取样化验，但结果没有任何的改善。分析可能是滤油机的问题，变压器油在进入滤油机后可能被局部加热过度，而分解产生出甲烷、乙炔等气体。

工期紧迫，现场项目部马上对滤油机进行了更换，新的真空滤油机刚完成附近一个电厂的检修任务。油循环进行了一天以后，对变压器油进行取样检测，组分含量中仅乙炔一项超标，其它指标均符合要求。这台滤油机的效果很不错。在油循环两天以后，气相色谱试验报告显示所有指标均为良好，符合电力行业新投运设备气体含量的要求，可以送电投运。在变压器顺利冲击合闸并正常运行24小时后，再次进行的油样检测，各项指标依然正常，并且没有什么变化。

变压器油的油质合格是变压器投入正常安全运行的的重要前提，所以一定要保证滤油设备的性能良好，并严格按照要求注油、滤油。

5.结论

运行中的电力变压器，常常会出现油中氢气含量超标，而氢气含量的增长，不少情况下是电性故障的前兆，也会造成变压器绝缘的缺陷，所以氢气含量也是变压器能否继续安全运行的重要指标之一，应该引起重视。

不管是投运前还是正常运行以后，都要按照相关规范的要求对变压器油进行气相色谱试验等相关检测，确保变压器的安全运行。

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