馬 銘

互感器中氫氣含量超過注意值的原因

馬 銘

本文根據(jù)某地區(qū)變電站部分互感器油中氫氣含量增長的情況，參考一些專業(yè)書籍、咨詢廠家以及結(jié)合其他專業(yè)試驗，分析數(shù)據(jù)，由DL/ T722—2000《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》判斷，進行歸納總結(jié)主要有三方面的原因：設備內(nèi)部殘留氣體、內(nèi)部故障、油中含水。

變壓器油氣相色譜法監(jiān)測的對象是油中溶解氣體（氫氣、甲烷、乙烯、乙烷、乙炔、一氧化碳、二氧化碳、總烴），對這些氣體組分進行監(jiān)測分析，可以反映設備以及油質(zhì)的好壞。加強周期試驗和狀態(tài)監(jiān)測監(jiān)督設備，能夠及早地發(fā)現(xiàn)充油電氣設備內(nèi)部存在的潛伏性故障，是監(jiān)督和保障設備安全運行的一個重要手段。

充油電氣設備油質(zhì)監(jiān)督過程中，互感器中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)油中的氫氣含量超過注意值（150μL/L）或增長較快，數(shù)據(jù)分析，有的伴有烴類氣體的增長，有的單純氫高。氫氣含量是色譜分析的主要指標，總結(jié)分析氫高的原因，有利于保障設備安全運行和更好地管理設備。

互感器色譜分析情況

經(jīng)過多年的油務化學工作，發(fā)現(xiàn)油中氫氣含量增長在充油設備特別是互感器缺陷和故障中占有一定的比例。我通過對某地區(qū)互感器中氫氣含量超過注意值的大量數(shù)據(jù)分析，總結(jié)歸納了以下幾種情況。

氫氣、總烴含量嚴重超標，設備發(fā)生內(nèi)部故障。

某220kV變電站110kV電流互感器綜檢，C相色譜分析氫氣含量26684.92μL/L，總烴2595.53μL/L，高壓試驗介損增長，內(nèi)部存在局部放電故障，上報主管領導后，立即停電，拆除更換。

某110 kV變電站35kV電壓互感器B相諧振過電壓引起設備燒毀，油中氣體色譜分析為高能量放電兼高溫過熱故障，當天夜里拆除原設備進行更換。

結(jié)論：氫氣、總烴含量突增，故障嚴重，需盡快停電檢修或更換。

這類故障一旦在監(jiān)測周期發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)突增，會及時處理。但也有不可預見性，需要專業(yè)間協(xié)同監(jiān)督，加強狀態(tài)檢修，及早發(fā)現(xiàn)、及早注意、及早處理。

表1　110kV電流互感器C相色譜分析數(shù)據(jù)

表2　35kV電流互感器B相色譜分析數(shù)據(jù)

表3　110kV電流互感器B相色譜分析數(shù)據(jù)

氫氣、總烴數(shù)據(jù)增長，含量超標，設備存在故障。

某220 kV變電站110kV電流互感器B相色譜分析氫氣、總烴含量增長，復查氣體緩慢增長，判斷設備內(nèi)部有低溫過熱故障，建議加強監(jiān)督并檢修處理。該組設備后更換為少油倒置設備。

某35 kV變電站35kVⅠ母電壓互感器A相2008.4.29氫氣、甲烷含量過高，跟蹤分析判斷為低能量局部放電故障，跟蹤監(jiān)督至更換。

結(jié)論：氫氣、總烴超過注意值，內(nèi)部曾有過低能量放電和過熱故障，需加強監(jiān)督，跟蹤分析是否有持續(xù)或繼發(fā)故障。

表5　110kV電流互感器B相色譜分析數(shù)據(jù)

表6　110kV電流互感器A相色譜分析數(shù)據(jù)

歷史氫高

某220 kV變電站110kV電流互感器B相氫氣偏高屬歷史原因，數(shù)據(jù)最高時氫氣2231.96μL/L，總烴110.44μL/L，跟蹤分析加強監(jiān)督，數(shù)據(jù)平穩(wěn)基本無增長，無繼發(fā)故障，歸于正常監(jiān)督。

結(jié)論：設備無繼發(fā)故障，數(shù)據(jù)平穩(wěn)，歸于正常監(jiān)督。油中氣體含量較高在設備有停電機會時建議濾油、充氮或換油處理。

設備投運后總烴、氫氣增長較快，經(jīng)復查后無增長趨勢，是設備殘存氣體在運行過程中釋放。

某220 kV變電站110kV電壓互感器A相2013.8.3投運，投運后氫氣增長較快，復查后含量平穩(wěn)，轉(zhuǎn)入正常監(jiān)督。

某110kV變電站35kV電壓互感器A相2008.10.29投運，投運后氫氣、總烴都有增長，監(jiān)督一段時間后含量平穩(wěn)。

結(jié)論：新投運電流互感器投運后氫氣增長較快，運行一段時間就穩(wěn)定了。

一些35kV電流互感器還存在投運后總烴和氫氣都增長的情況，總烴中甲烷一般較高，大部分在連續(xù)跟蹤后數(shù)據(jù)漸趨穩(wěn)定。

造成氫氣、總烴增長的主因未查明和根除，我們考慮是設備內(nèi)部殘存氣體在運行過程中析出。設備內(nèi)部特征氣體含量較高時依然存在安全隱患，建議在有停電機會時對油進行處理。

油中含水

某35 kV變電站35kV電壓互感器投運前2010.3.6驗收，油中水分含量超標，氫氣、總烴含量過高，通過充氮、換油處理后，油質(zhì)驗收合格。2010.3.20投運。運行一段時間后，氫氣還是有些高。

結(jié)論：油中微水含量與油質(zhì)好壞和設備內(nèi)部情況都有關系。油中微水含量高，氫氣含量相應會高些。

互感器中氫氣含量超過注意值的原因分析

從以上數(shù)據(jù)分析我們考慮有三方面原因：設備內(nèi)部殘留氣體、內(nèi)部故障、油中有水。

設備出廠時殘留氫氣

由于互感器在制造時受干燥、浸漬、高電壓試驗的熱應力和電應力的作用，使絕緣材料分解產(chǎn)生氫、烴類氣體，吸附在較厚的纖維材料中，短期內(nèi)難以釋放于油中，在運行一段時間后發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)較高，也有一些互感器在投運前檢測出烴類氣體和大量的氫氣。

互感器密封不嚴，內(nèi)部絕緣材料受潮，油中水分在電場作用下，會發(fā)生脫氫反應，使油中氫氣含量增加。

互感器內(nèi)部的碳素鋼或不銹鋼會吸附氫氣，新的不銹鋼可能在加工過程中或焊接時吸附氫而又慢慢釋放到油中。特別是在溫度較高，油中溶解有氧時，某些油漆（醇酸樹脂）在加工過程中含有水分，會吸收大量氫氣，在不銹鋼的催化下，可能生成大量的氫，在制造過程中脫附處理又不徹底，以致造成了設備投運后在電和熱的作用下，氫氣慢慢釋放出來。

表7　35kV電壓互感器A相色譜分析數(shù)據(jù)

表8　35kV電壓互感器色譜分析數(shù)據(jù)

出廠時打壓、加壓較高，油質(zhì)發(fā)生分解造成。

我們曾經(jīng)請廠家處理了幾組35kV電流互感器備用間隔，這幾組設備氫氣、總烴含量都在70～100μL/L左右，超過新油注意值，不能投運。經(jīng)廠家和檢修班組充氮處理后，含量降下來都在10μL/L以下。我們咨詢廠家，可能是出廠時打壓、加壓較高，油質(zhì)發(fā)生分解造成?？紤]內(nèi)部材質(zhì)問題，設備內(nèi)部存在有活性的金屬材質(zhì)，會起觸媒作用，同油發(fā)生化學反應，使油中出現(xiàn)氫氣含量較高的現(xiàn)象。

這類氣體究其原因可能是在制造廠時，某些非故障因素使設備內(nèi)部殘留有較多的故障特征氣體，因此，投運前取樣分析把好驗收關是非常重要的，投運后跟蹤判斷也不能盲目，要綜合多次數(shù)據(jù)，防止誤判斷。

設備內(nèi)部故障產(chǎn)生氫氣。

氫氣是放電性故障中的主要成分之一，但在過熱性故障時也會產(chǎn)生，因此用它區(qū)別故障性質(zhì)，其特征性不很強，但它也可能是一種故障信息，需要綜合氣體判斷。

局部放電產(chǎn)氣特征是氫組分最多（占氫烴總量的85％以上），其次是甲烷。

油中水分脫氫

充油設備內(nèi)部有水受潮時，油中水分和含濕雜質(zhì)易形成“小橋”或者絕緣中含有氣隙均能引起局部放電，而產(chǎn)生氫氣；同時水分在電場作用下的電解作用和水與鐵的化學反應，也可產(chǎn)生大量的氫氣。

絕大部分充油電氣設備，容器底部都有不同程度的水存在，產(chǎn)生水的原因是多方面的，水的存在加速了金屬的腐蝕。由于鋼材本身含有雜質(zhì)，鐵與雜質(zhì)間存在電位差，當水溶解了空氣中二氧化碳，或油中的少量低分子酸后，便成了能夠?qū)щ姷娜芤?，這種溶液與鐵及其雜質(zhì)構(gòu)成了一個微小的原電池。其化學反應為：

鐵失去電子生成Fe2+后，與溶液中的OHˉ結(jié)合形成Fe（OH）2，吸附在鐵表面的H+，在陽極獲得電子，生成H，放出氫氣。

因此，進水受潮的設備里，氫氣在氫烴總量中所占的比例更高。

總結(jié)

氫氣含量是色譜分析的主要指標，在氣體監(jiān)測過程中，應考慮到多方面的因素，嚴格按規(guī)程規(guī)定做好監(jiān)督，加強狀態(tài)檢修，做好設備缺陷管理，有異常及時回饋信息，查找原因，盡早排除隱患，采取措施以保證設備的安全運行。

對數(shù)據(jù)異常設備應加強監(jiān)督力度，多次對比數(shù)據(jù)增長情況，以保證數(shù)據(jù)的準確性，必要時請電科院配合做好數(shù)據(jù)的分析采集對比，做到不誤判斷導致設備異常擴大。

針對35kV互感器數(shù)據(jù)異常較多，設備自身安全穩(wěn)定性也差，需加強跟蹤、及時處理排除設備隱患。

新設備出廠投運前，一定要嚴把驗收關。投運前各項指標良好的設備，在以后的監(jiān)督中也很少出現(xiàn)問題。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.24.005