變壓器油含氫量超標淺析
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由于碳氫鍵之間的鏈能低在絕緣介質的分解過程中一般會生成氫氣氫氣也是各種故障氣體的主要成分之一
1.變壓器油中氫氣含量升高的危害
氫氣與油中溶解的空氣混合以溶解狀態或懸浮狀態存在于變壓器油中當運行條件如油溫或油壓發生變化時氫氣便會以微小氣泡的形式從油中析出在狹長的縫隙中逐漸積聚并附著在絕緣表面上這就形成了氣泡性電暈放電的條件這種放電若發生在導線絕緣和墊塊之間或導線絕緣和撐條的縫隙處造成的危害就更大
2.變壓器油中產生氫氣的原因
2.1 變壓器油在電磁場作用下的分解
一般情況下110kV及以下電網中的變壓器所用的變壓器油都是25號變壓器油屬于石蠟基油石蠟基油中烷烴比例較大烷烴類油化學性質比較穩定抗氧化性能好但是耐熱性能較差尤其在電場作用下容易發生脫氫反應
2.2 水分對變壓器油的影響
通常變壓器油中的水分主要是由于變壓器受潮產生水引起的因為水分子為強極性在電場作用下水分子發生極化而形成偶極子并按電場方向轉動而形成泄露電流較大的水橋進而引起水分子汽化而生成氣泡在電場作用下氣泡又形成氣體小橋氣泡的介電常數小于油的介電常數此時氣泡承受的電場強度更高引起電暈放電致使氣體水分子首先被電離生成氫氣和氧氣
紙絕緣干燥不徹底或空氣中水分侵入等原因也會引起氫氣的產生這是因為油浸紙絕緣放電的起始場強隨著固體絕緣的干燥程度而增加
2.3 金屬促進變壓器油脫氫反應
由于變壓器中使用了一部分不銹鋼材料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一種固體要成為催化劑能夠吸附反應物是一個基本條件催化作用過程中物理吸附能顯著降低其后進行的化學吸附的活化能在同時變壓器油是烴類化合物由于烴分子熱解或氧分子的碰撞產生了游離基RR與氧分子的自由價結合生成過氧化自由基R+O2>ROO然后ROO再和油中的新烴分子結合產生新的自由基在這個過程中鐵銅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
2.4 變壓器油的析氣性
變壓器油析氣性是指變壓器油在電場和電離的作用下會產生放氣或吸氣的現象油品析氣現象的產生是因為溶解于油中的氣泡在高電場強度的作用下發生游離而形成高能量的電子或離子這些高能量粒子對油分子產生劇烈碰撞使油分子的C-H或部分C-C鏈斷裂產生活潑氫及活性烴基基團通過活潑氫對烴分子的作用產生吸氣或放氣現象
2.5 絕緣材料中吸附的氫氣釋放
在變壓器干燥浸漬高電壓試驗等熱和電的作用下絕緣材料分解產生氫氣烴類氣體這些氣體吸附于多孔性而且較厚的固體絕緣纖維材料中短期內難以釋放到油中去由于變壓器絕緣材料使用得較多絕緣層內部吸附的氣體完全釋放于油中所需時間較長因而出廠試驗時油和紙中氣體尚未達到溶解平衡氫氣含量偏低經過一段時間后變壓器到達現場驗收時氫氣含量偏低經過一段時間后變壓器到達現場驗收時紙中所吸附的氣體逐漸釋放出來所以油中溶解的氣體尤其是氫氣含量明顯升高
同時一些金屬材料如碳素鋼和不銹鋼等也可促進變壓器油發生脫氫反應從而使氫氣釋放到變壓器油中造成油中氫氣含量增高這就是變壓器在投運前含有一些特征氣體的原因
3.變壓器油中氫氣含量增高的防范
3.1 變壓器內部裸露的金屬如銅鐵及不銹鋼材料在其表面必須覆蓋絕緣漆以防止與變壓器油中水分反應或作為催化劑加速變壓器油的氫化裂解而且金屬材料的所有表面絕緣漆必須徹底固化后才能進行油箱注油
3.2 嚴格執行變壓器工藝規程盡量降低變壓器絕緣材料的含水量在變壓器出廠整理時盡量縮短其暴露在空氣中的時間以防止水分的侵入避免水分在電場作用下的電離
3.3 在確認變壓器內部沒有故障點的情況下處理油中氫氣含量異常增高通常有兩種方法一種方法是采用現場換油采用此方法處理后的變壓器油除氫較為徹底但是成本較高第二種方法是采用熱油循環或真空分離方法
4.案例
2006年底南通美亞熱電有限公司擴建(B)工程中的新安裝的主變壓器為一臺110kV雙繞組油浸風冷升壓變壓器SF9-8000/110在變壓器首次送電前的氣相色譜試驗報告中顯示油樣中氫氣含量為15uL/L不符合電力行業標準DL /T722-2000中對出廠和新投運設備氣體含量的要求(氫氣<10uL/L)其余各項指標均符合要求
氫氣的微量超標可能是變壓器絕緣材料中的氫氣在出廠后逐漸釋放到變壓器油中造成的也有可能是變壓器運輸到現場后注入的補充油中氣體含量不合格造成的由于氫氣含量很低決定用真空濾油機在變壓器本體進行循環濾油機是向當地供電局借用的在油循環進行了兩天以后檢測報告顯示除氫氣嚴重超標以外還出現了大量超標的甲烷乙炔等氣體又循環了一天再取樣化驗但結果沒有任何的改善分析可能是濾油機的問題變壓器油在進入濾油機后可能被局部加熱過度而分解產生出甲烷乙炔等氣體
工期緊迫現場項目部馬上對濾油機進行了更換新的真空濾油機剛完成附近一個電廠的檢修任務油循環進行了一天以后對變壓器油進行取樣檢測組分含量中僅乙炔一項超標其它指標均符合要求這臺濾油機的效果很不錯在油循環兩天以后氣相色譜試驗報告顯示所有指標均為良好符合電力行業新投運設備氣體含量的要求可以送電投運在變壓器順利沖擊合閘并正常運行24小時后再次進行的油樣檢測各項指標依然正常并且沒有什么變化
變壓器油的油質合格是變壓器投入正常安全運行的的重要前提所以一定要保證濾油設備的性能良好并嚴格按照要求注油濾油
5.結論
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應該引起重視
不管是投運前還是正常運行以后都要按照相關規范的要求對變壓器油進行氣相色譜試驗等相關檢測確保變壓器的安全運行
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