变压器用冷却装置产氢问题的分析与处理

变压器用冷却装置产氢问题的分析与处理

李国志

特变电工股份有限公司新疆变压器厂  新疆昌吉  831100

摘 要：变压器属于电力系统中非常重要的一种电气设备，其能否正常稳定运行对整个电网的长足稳健发展具有极大的影响，变压器一旦发生故障势必会危及电网环境的安全性与稳定性。但部分变压器油中氢气含量有时持续增长，这不仅是变压器发生电性故障的前兆，而且还会引发变压器油纸绝缘缺陷问题，所以将变压器氢气含量控制在一个合理的范围之内十分重要。鉴于此，本文就结合某工厂实例对变压器冷却装置产氢问题及处理措施进行详细论述，以期可以为相关人士提供一定的参考与借鉴。

关键词：变压器；冷却装置；产氢问题；处理措施

引 言

变压器产氢即变压器油中氢气含量为主、其他气体为伴不断增长的过程，但总烃一般不会超过规定值。特别是科学技术大力发展背景下，变压器类型越来越多，诱发设备产氢问题的原因也逐渐多样化，只有及时查找并准确识别变压器产氢原因，并采取针对性的处理对策，促使变压器尽量恢复正常运行，尽量缩短故障排除周期，降低维修成本。基于变压器产氢的危害性，可以将其分为故障性与非故障性两种；基于产氢故障原因又可以分为单一故障和多故障两种。虽然变压器产氢故障原因各不相同，但反应机理大同小异，只有掌握故障反应机理，才能做到对设备故障的精准判断与排除。

1 故障情况

1.1 冷却装置厂内验证

2020年2月，相关工作人员反映变压器冷却装置疑似存在产氢问题，工厂随即从变压器冷却装置中抽取两组注油静置，同时开展为期一个月的油色谱监视试验。但一个月之内两组注油的氢气含量均无明显变化，经过一系列检查验证确认变压器冷却装置无工艺问题。

1.2 冷却装置产氢超标案例

同年6月，一台330kV的变压器缓建后再次投入生产，该变压器出厂日期为2019年8月份，试装后变压器在现场又存放了一年之久，后检查变压器冷却装置氢气压力为零，工作人员从变压器油中抽取两组注油，再次进行油色谱试验检测，监测详细数据如下表1所示。

表1  冷却装置油色谱监测数据

从上表监测数据结果可以看出，变压器2#冷却装置氢气含量偏高，存在产氢问题。虽然现如今还没有明确的变压器冷却装置行业油色谱标准数据，但单组冷却装置产氢量明显超出了新变压器运行前期油中气体的溶解量。根据DL/T722-2014《变压器油中溶解气体分析和判断导则》相关规范可知：≥330kV发变压器油中氢气含量应控制在10μL/L以内，否则极可能冷却装置存在一定的产氢问题。

2 产氢原因分析

工厂组织专业技术人员对上述变压器冷却装置的生产材料、加工工艺、运输、存储及现场安装等各环节进行了详细调研与评估，开展产氢机理与试验分析，仔细查找变压器冷却装置产氢的根本原因。

2.1 材料排查

变压器油与冷却装置的接触部件为端部焊接油室和轧制翅片，端部焊接油室多为Q235钢板，内壁通常涂有一层双组份环氧漆，轧制翅片多为碳素钢管，不会采用可能析出氢的不锈钢类材料。经过油色谱监测试验并没有发现任何异常，排除冷却装置材料产氢的可能性。

2.2 产氢原因分析

调研发现，该变压器所处地区夏季与秋季白天日照强烈、温度比较高、湿度大、昼夜温差大，如果冷却装置密封失效，内壁很容易因为温差大而发生结露现象，进而在裸露的碳钢管与内壁凹槽表面形成一层薄液膜。

夏季外界环境温度偏高，变压器冷却装置内腔密封不佳，或者残留了一定的干燥气体，金属与冷却装置内腔中的水蒸气可能会出现轻微的析氢问题，具体反应公式如下：

Fe+H2O→Fe3O4+H2↑

与此同时，变压器油及空气中的二氧化碳会逐渐溶解于薄液膜中的弱碳酸溶液当中，变压器冷却装置中的铁元素在此酸性溶液中会进一步与生成的碳酸发生析氢反应，具体反应公式如下：

Fe+CO2+H2O→Fe2CO3+H2↑

从上述反应中很明显可以看出，变压器冷却装置产氢问题的发生，水起着关键性作用，可以说水是冷却装置氢气的根本来源，所以想要规避冷却装置产氢问题，就要确保装置始终处于干燥状态，没有H2O的参与支持，析氢反应将无法进行。

3 处理方法探究与效果验证

1）经过进一步验证，确定该变压器冷却装置产氢问题是由于装置受潮而引发的。同年7月份，工厂组织技术人员对存在产氢问题的冷却装置实施了长达五小时之、温度高达100℃的热空气循环处理。然后还开展了油色谱监测试验，结果显示装置氢气含量稳定，可见变压器冷却装置因为受潮而出现的产氢问题可以通过热循环处理解决。

2）为了进一步验证变压器冷却装置受潮产氢热循环处理措施的有效性，同年9月份至次年的3月份，对闲置一年且存在产氢问题的另一个750kV的变压器冷却装置进行再次试验分析。

同年9月份，从该变压器油中抽取5组注油进行油色谱监测试验，其中有3组存在氢含量异常现象，2组氢含量无异常。然后工作人员对存在异常的3个冷却装置进行5小时、100℃的热循环处理，并对处理之后的冷却装置进行油色谱监测试验，监测周期长达两个月，氢含量无异常，均处在规定范围之内，可见变压器冷却装置受潮热循环处理方法效果理想。

同年年底，该变压器制造厂对项目其他十余台变压器冷却装置均开展了热循环干燥处理，并对所有的变压器冷却装置开展注油色谱监测试验，监测周期超过了两个月，氢含量无任何异常，进一步验证了冷却装置受潮产氢问题能够有效解决。

3）次年6月份至7月份之间，联合国家变压器质量监督检测中心共同对某750kV变电站疑似产氢的变压器冷却装置进行随机抽样试验。对部分经过热循环处理的设备与未实施处理的设备进行对比分析，结果发现：第一阶段，未经过干燥处理的受潮冷却装置存在轻微的产氢问题；第二阶段，经过干燥处理的冷却装置均无产氢问题。由此可断定变压器冷却装置产氢与环境干燥性密切关联。

4结论

变压器冷却装置运行环境是否足够干燥是决定其会不会生产氢问题的决定性因素，已经受潮的装置可通过热干燥处理解决产氢问题。针对部分不具备停电脱氢处理的装置，可以先进行油色谱监测，密切跟踪氢气的变化情况，此类氢气变化不影响变压器油绝缘性能指标，氢气含量达到稳定过程的时限与变压器的运行油温情况有关。

结束语

总而言之，为了更好地保证变压器的安全稳定运行，避免冷却装置出现产氢问题，制造厂可以采取以下几种措施：1）冷却装置质量检测合格之后科学防潮，可以进行抽空充氮并加装压力监测装置，并严格按照说明书要求进行冷却装置的运输、存放与安装。2）入厂检验的时候，要求冷却装置氮气压力不低于0.02MPa。3）冷却装置试装后，再次存放前还需进一步检测其加装压力表及充氮处理，同时做好防潮处理。4）变压器安装之前，对冷却装置中的残油进行取样检测，确保油色谱无异常，水含量满足相关标准。

参考文献

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