220kV主变压器油中氢气含量异常分析与处理

220kV主变压器油中氢气含量异常分析与处理

刘锦宾

吕梁供电公司变电运检室汾阳 山西 汾阳 032200

摘要：近年来，变压器油氢气含量异常，特别是单独 产生氢气的问题逐渐增多。 本文采用上述方法 对220 kV 主变压器油中 氢气含量异常的情况进行原因分析，消除了主变压 器的故障隐患，为类似设备异常处理提供借鉴。

关键词：主变压器；变压器油；氢气；三比值法；色谱分析

引言

变压器油是充油电力设备制造的主要材料之 一，其在充油电力设备中除了起到绝缘、冷却、灭弧 作用外，所起的一个重要作用是作为该设备的“信 息载体”，即在充油电力设备制造、安装及日常维护 过程中通过抽取变压器油，检测相关指标来判断研 究变压器的设备状态。

1、 220 kV主变压器参数

该 220 kV 主 变 压 器 型 号 为 SZ11-80000/230，具体参数见表1所示。

表1 220 kV主变压器参数

2 主变压器油中氢气含量异常情况

该在220 kV 主变压器在2015年投运，在投运第1天、第3天、第10天及第30天进行 了变压器油色谱分析[1]，各组气体含量均未超标。 2014-05-13进行油色谱分析，报告显示氢气体 积分数为172.2×10-6，超出注意值（150×10-6）。后续 跟 踪 油 色 谱 分 析 ，氢 气 含 量 呈 上 升 趋 势 ， 2014-12-08 的报告显示氢气体积分数为 493.7 ×10-6。生产厂家对主变压器进行了各项测试，未发 现内部异常。主变压器运行至2017-07-13，氢气体 积分数升高至 856.2×10-⁶。

3 试验材料与方法

3.1试验材料

试验材料：各型变压器油、变压器化学类绝缘 材料 （绝缘漆、 层压木、 垫片等）、100mL 注射器、 1000ml 玻璃瓶、气相色谱检测仪、恒温烘箱、Bruker 红外光谱

3.2外观检查情况

（1）GB/T 17623-2017《绝缘油中溶解气体组分 含量的气相色谱测定法》。 （2）ASTM D3455-2011《施工材料与石油基电 气绝缘油相容性的标准试验方法》。 （3）ASTM D7150-2013《在热应力下测定绝缘 液体气体解离特性的标准试验方法》。

4变压器油中氢气含量异常原因分析

使用三比值法对表 2 中气体体积分数进行计 算，变压器油中 C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6比值对 应编码为0、1、0（编码对应故障类型见表3），确定故 障类型为局部放电[1]。为进一步确定主变压器油中 氢气含量异常原因，依次进行了以下排查工作： （1） 对大负荷运行情况下的主变压器进行红 外成像检测，寻找主变压器内部放电过温点，结果显示主变压器油温正常，未发现主变压器内部异常 放电点； （2） 进行停电预防性试验，分别对主变压器绕 组进行交流耐压、直流电阻、绝缘电阻、绕组变比及 介质损耗测试[2]，测试结果正常，未发现异常情况； （3）对主变压器进行绝缘夹件沿面放电试验[3]， 验证主变压器是否因内部绝缘老化导致局部放电， 试验结果合格，未发现内部绝缘老化现象； （4） 对主变压器进行局部放电及绕组变形等 特项试验，试验结果合格，仍未找出引起变压器油 中氢气含量异常的原因。

本次主变压器油中气体除氢气体积分数上升 较明显外，其他气体尤其是 CH4、C2H6、C2H4、C2H2等 与变压器内部绝缘故障相关的关键性气体体积分数变化较小。各类试验证明主变压器内部无绝缘 异常情况，结合2014年5月至2017年7月的油色谱 分析报告，考虑由于光伏主变压器为大型电气设 备，在主变压器制造、运输或安装过程中稍有纰漏， 便可导致主变压器受潮，由于水分易被主变压器内 部绝缘夹件吸收，经过长期运行受热后析出氢气[5-6]， 因此判断此次油中氢气体积分数异常为主变压器 内部受潮引起氢气析出所致。

表2 主变压器2014—2017年油色谱测试数据

表3 编码对应故障类型

5故障处理

2017-08-23，将主变压器停运，进行真空滤油 脱气及真空干燥工作，于 2017-08-30 重新投入运 行。运行第1天、第3天、第10天、第30天及后续跟 踪油色谱分析报告显示，变压器油中氢气体积分数 已恢复正常（见表4），故障得到解决。

表4滤油完成后油色谱测试数据

6防范措施及建议

（1）对于水分及化学材料导致的产生氢气问题， 其会在一定的时间内， 将水分电解及化学材料中所 不溶于油的物质全部释放进变压器油中， 待变压器 油中氢气的含量达到一个恒定的值后， 可通过真空 过滤进行脱除处理。 但如果没有等氢气的含量达到 一个恒定的值就进行真空处理， 那么余下的那部分 氢气仍然会释放至变压器油中。 （2）对于水分因素，笔者认为可通过控制充油电 力设备水含量， 特别是避免梅雨季节的固体绝缘件 的受潮导致的绝缘材料含水问题， 从而避免水分因 素导致单独产生氢气的问题。 （3）对于化学绝缘材料，笔者认为在采用一个新 的化学绝缘材料及在各型化学绝缘材料使用过程中 需要不定期的对该材料进行材料相容性试验， 并且 在使用过程中需要严格按照化学绝缘材料的使用工 艺， 从而避免化学材料因素导致的单独产生氢气的 问题。 （4）对于变压器油，笔者认为可以在变压器油使 用前开展气体解离性试验， 根据结果对问题提前预 判，早发现早预防。 如已经在充油电力设备中使用， 那么可通过换合格的变压器油、 对油进行处理的方 式解决。 （5）对于变压器油单独产生氢气的问题，笔者认 为需要经过试验来判别产生问题的根本原因， 再制 订处理方案，对症下药。如果一味的用真空过滤工艺 进行处理，只能是治标不治本。

结束语

针对此次 220 kV 主变压器油中氢气体积分数 异常原因，提出如下防范措施： （1） 220 kV 主变压器作为发电厂重要的变电 设备，在制造、运输及安装过程中应加强跟踪管理，同时在主变压器运行初期应加强设备巡检、预防性 试验等各项检测，及时发现设备隐患； （2） 三比值法的使用存在一定的局限性，通过 定期油色谱分析报告进行故障原因分析时，应结合 各成分气体数据及设备制造、运输、安装使用工况 等外部条件综合分析判断，找出故障原因。

参考文献

[1]吴伟.110kV变压器油色谱异常和故障的分析[J].科技风,2019(35):175.

[2]白登文.变压器油色谱分析及故障判断[J].化学工程与装备,2019(06):287-288.

[3]杨志华.变压器油中溶解气体含量试验探讨[J/OL].中国高新技术企业,2017(12):99-100[2020-06-1

[4]韦远剑. 变压器故障油色谱诊断技术研究[D].吉林大学,2017.

[5]曾议,郑亮,高闯,孙占民.变压器夹件多点接地缺陷的分析及处理[J].农村电气化,2017(02):28-30.

[6]付倩倩,陈胜泉,时雨欣.变压器故障检测技术探究[J].科技创新与应用,2016(34):162.

[7] 国家能源局.防止电力生产事故的二十五项重点要求及 编制释义[S].北京：中国电力出版社，2014