变压器油氢气超标故障分析

姚金第 张国卿

日照钢铁有限公司 山东省日照市 276806

摘要：无论是新投入的变压器还是在线使用的变压器都有可能存在变压器油中氢气含量超标的异常现象，从而影响变压器的正常工作。因此，本文通过对变压器中油H₂ 等特征气体异常超标的症结所在进行原因分析，并且提出故障排除措施解决相关特征气体异常超标的问题，为变压器相关操作人员提供借鉴参考。

关键词：变压器；油氢气超标；故障分析

前言

变压器作为电力系统的动力调节的关键所在，相关文件《电力设备交接和预防性试验规程》中表明了当运行的变压器油中氢气含量在区间（150μL/L，+∞）时，存在超标的风险。山东某公司在2020年投入了一批新型油变压器,在正式投运后一年内检查发现它的氢气含量连续存在两次超标异常情况,之后每隔两个月对新型变压器中的油和水进行一次真空脱水过滤和抽油和水脱气试验处理,每一次都应该是过滤油和水色谱检测试验跟踪抽检一次试验完全合格,但是,运行不久后就检查发现过滤油和水色谱试验动态随机变化跟踪抽检试验仍然存在氢气含量再次出现超标的异常情况，并长时间维持在(200μL/L,400μL/L)区间内,存在变压器特征气体严重超标的故障风险。

因此，山东某公司以投入运行的这批次的变压器为主要抽检规格进行油色谱试验，对投入前后的油氢气含量进行对比，以及对变压器各项技术指标进行参数分析，从而得出变压器油氢气含量超标的故障一般原因以及特殊情况，并且提出几点措施用以作一般原因的紧急应对。

1. 变压器规格说明及问题分析

（一）变压器规格说明

变压器规格：SFS9-2000000/230

名称：三相三绕组变压器

相数：三相

冷却方式：ONAN（60%）/ONAF（100%）

使用条件：室内

额定容量：120/60/120MVA

额定电压：242±2×2.5%/121/10.5kV

额定电流：286.3/286.3/6598.3A

额定频率：50Hz

连接组号：Y_N,d11、

空载损耗：70kW

空载电流：0.080%

器身重：100T

油重：50 T

总重：200T

厂家：西门子变压器有限公司

出厂日期：2019年12月

（二）变压器出厂前质检油色谱试验

变压器出厂前各项抽检试验合格，初始油色谱试验结果如下：

气体含量单位:μL/L

3. 变压器投运中质检油色谱试验

变压器在投运后两个月进行第一次投运质检分析，按要求抽取油样色谱分析试验，氢气含量结果如下：

气体含量单位:μL/L（下表同）

每隔20天的一次变压器内油溶液色谱综合试验测量结果如上所述,特征烃类气体中的h2含量在60天后明显超过了《电力设备交接和预防性试验规程》标准规定,ch4、c2h4等三种烃类特征气体中的含量值均在符合标准产品运行的温度范围内没有变动,经现场送检的油样与产品出厂前的变压油溶液色谱综合试验测量数据结果进行分析对比,说明这次试验结果具有可行性,其他微水含量在正常范围内,说明这次的试验分析结果具有说服力。

2. 变压器油氢气超标故障原因分析

无论它们是新进入投运的油变压器还是在线正常运行使用的燃油变压器,其中的变压器中油的一个特征惰性气体和油含量在国家规定温度范围内发生变化不应属于正常物理现象,因为在量子电场和化学热能的共同交互作用下,油溶物中水气体进行液态化学反应、绝缘材料中在受热时水进行绝缘结构物的固态化学分解等等都会直接引起部分一个特征惰性气体的油含量异常,但此时所变化的含量异常应在国家规定的能允许气体变动的温度范围内有一定趋势地发生变化。如果特征气体氢气含量在（150μL/L，+∞）区间、总烃含量在（150μL/L，+∞）区间及C

₂H₂ 含量在（5μL/L，+∞）时，操作人员应该对其进行原因分析以及紧急处理，以防范变压器油气泄露造成的重大风险，通过对试验数据的分析发现，出现氢气含量超标的一般原因如下：

(1) 变压器内部设备绝缘老化。该变压器一直处于高负荷运行 ，温度一直未在30 ～50℃范围内波动，未发生附近区域电路短路情况，绝缘老化造成氢气含量超标的故障原因可排除。

(2) 油中微水含量超标。水可与铁通过化学反应生成氢气 ，因此一般要求油中含水量不超30 m g／L 。此变压器油中含水量高于此标准，因此可能是因为含水量过高而导致的氢气含量超标。

(3) 如果变压器中与油接触的金属部件为不锈钢，不锈钢中含有的镍是一种加氢、脱氢催化剂，则变压器油中的环己烷在一定条件下会发生脱氢反应。因此，在出厂前需要与厂方沟通确认部件不是不锈钢件且其内部与油接触的部件不含镍，故障原因才得已排除。

因为进行了变压器油微水含量测试、吸收比试验、泄漏电流测试等，除了油氢气含量超标之外，其他试验情况均在正常范围内。因此 ，变压器油中特征气体氢气含量异常的原因最大可能是由于水含量超标，通过电离和热分解等一系列化学变化，变压器内含有水分最后以氢气含量超标的形式呈现出来。

3. 变压器油氢气超标故障处理

针对以上故障原因，主要从以下两个方面进行故障处理，一个是对变压器油进行脱气处理，二是进行变压器油设备绝缘干燥脱水处理。

（一）变压器油脱气处理

附件检修组装、变压器注满油、静置取油样,套管、瓦斯继电器内的气体应放净,对变压器进行相应绝缘试验;再将变压器全部放油至高压升高机底座位置,将整个高压滤油套管内及盒子内的所有油全部抽出放至整个油罐;用真空滤油机对整个油罐内的所有油污物进行一定真空度的脱气滤油处理。用一种新型高压式的空气真空热油滤液机或脱气式热油式真空滤油机对整个高压热油循环变压器的热泵和滤油循环套管自动进行24h后的一次高压热油循环,当整个热油变压器及其他滤油材料套管内的真空滤液器油罐及其他色谱材料中的硫化氢气及其他油气的含量平均浓度低于50μl/l时则热油式滤油机的循环即告结束。

（二）变压器油绝缘设备脱水处理

当室内天气晴好无任何扬尘且平均释放湿度要求不得超过小于65%时,打开一台装在室内高压空气动力引线电缆上方内部装有两个母线盒的打气机器人孔盖板,剥开装在高压动力电缆管道出线接头套管与室内供电相关引线连接处的室内供电相关绝缘,松开装有母线盒的连接螺栓,断开室内供电绝缘变压器出线套管管道出线与装在高压动力电缆的电源引线套管连接;整个设备工作运行过程中对各专业人员应要求严格同时进行监视室内供电绝缘变压器管道出线套管打开时的户外室内空气平均释放湿度,确保户外室内空气平均释放湿度要求不得超过小于65%;室内供电相关绝缘材料、变压器及发动机油与户外室内空气湿度无法正常接触时专业应规格严禁室内湿度不得超过8h,若室内湿度不得超时应立即向室注入充足的室外氮气(平均释放纯度99%)用以进行空气保护,并同时严格监视室内室外氮气正常释放时的压力,防止室内室外氮气释放过量发生泄漏从而直接造成室内供电绝缘变压器与户外室内空气湿度无法正常接触。^[1]

4. 结论

综上所述，为了更新发电机组以符合高耗电需求，需要升级改造变压器，从而需要密切关注变压器油氢气含量超标情况，根据对变压器投运前中后期的油色谱试验及其他相关试验的结果进行分析发现以下三点：一是变压器油氢气含量在投运后一定会随着投运时间不同存在不同程度变动甚至是超标情况；二是变压器油氢气含量超标原因主要是因为油中微水含量过高或者是因为绝缘纤维层受潮；三是变压器油氢气等特征气体含量超标的故障主要从油真空脱气和绝缘纤维干燥两个方面进行处理。总之，基于水含量过高而造成的氢气含量超标可从一般应对解决，而特殊原因则要进行紧急应对甚至是进厂重新维修。

参考文献

1^]王志勇.变压器油中氢气含量超标分析与处理[J].电力安全技术,2014,16(09):40-42.