浅谈电流互感器氢气超标的处理

张若飞，李 扬

（1河北省电力研究院，河北石家庄050021；2.邢台轧辊机电工程有限公司，河北邢台054025）

电流互感器在电力系统中用来隔离一次侧高电压，保护二次侧仪表和操作人员安全。将大电流变换成小电流的、从而扩大仪表的测量范围，提高测量的准确性[1]。根据国家电力公司制定的关于《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》精神和相关规定，全密封式金属膨胀器在互感器中得到了广泛应用，一些运行单位将电流互感器的原防潮储油柜拆除，更换为全密封金属膨胀器。与之相对应的，出现了许多互感器中氢气含量单项超标的现象，对这些现象应正确的分析和理解。

1 电流互感器的色谱验收标准

互感器是一种为测量仪表、仪器、继电器和其他类似电器供电的变压器（如图1所示）。

图1 电流互感器示意图

GB 50150-2006《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》中规定[2]：互感器的试验项目，包括绝缘介质性能试验。其中电压等级在66 kV及以上的油浸式互感器应进行油中溶解气体的色谱分析，油中溶解气体组分含量（μL/L）不宜超过下列任一值：总烃 10；H250；C2H20。

GB 7252-2001《变压器油中溶解气体分析和判断导则》中规定[3]：运行的电流互感器油中溶解气体组分含量（μL/L）不宜超过下列任一值：总烃100；H2150；C2H21（220 kV及以上），2（110 kV及以下）。

GB 7252-2001同时规定：影响电流互感器和电容式套管油中氢气含量的因素较多，有的氢气含址虽低于表中的数注意值，有增长趋势，也应引起注意；有的只有氢气含量超过注意值，若无明显增长趋势，也可判断为正常。

2 电流互感器的工作原理

GB 1208-2006中，将电流互感器定义为：一种在正常使用条件下其二次电流与一次电流实际成正比，且在联接方法正确时，其相位差接近于零的互感器。电流互感器的安全与否，直接影响到测量、计量的准确性和继电保护装置的正常运行，是供电安全和可靠的重要影响因素[4]。

电流互感器是一种电流变流器，利用一、二次绕组不同的匝数比，就可将系统的大电流变为小电流来测量[5]。它的一次绕组匝数很少，串联在电路中，其一次绕组中的电流完全取决于负荷电流，与二次负载无关，由于二次绕组所接仪表和继电器电流线圈阻抗很小，所以在正常情况下接近于短路运行。若二次开路，一次电流将全部用来激磁，使铁芯饱和，将在二次绕组感应出高电压并使铁芯过热，危及操作人员和仪表的安全。因此，电流互感器二次侧不允许开路，且在二次回路中不允许装设熔断器、断路器或隔离开关，二次侧有一端必须接地。

3 电流互感器的金属膨胀器

金属膨胀器在高压互感器中，得到普遍认可和广泛应用。金属膨胀器安装在高压互感器顶部，作为互感器全密封油保护装置，它可以使互感器内的绝缘油可靠地与外部环境隔离，防止变压器油受潮与老化；还可以补偿互感器内部的油因温度变化而发生的体积变化，使互感器在正常运行条件下，器身保持一定微正压；还可以释放因过热、局部放电等缓慢故障而产生的积累压力，起一定的防爆作用。

DL/T 727-2000《互感器运行检修导则》[6]中第3.1.17中规定：66 kV及以上电磁式油浸互感器应装设膨胀器或隔膜密封，应有便于观察的油位或油温压力指示器，并有最低和最高限值标志。运行中全密封互感器应保持微正压，充氮密封互感器的压力应正常。互感器应标明绝缘油牌号。

10.1.7规定：未装有金属膨胀器的高压互感器，检修时可安装金属膨胀器进行密封改造。11.1规定：66 kV及以上的互感器应加装金属膨胀器。图2为膨胀器示意图。

图2 膨胀器示意图

4 电流互感器氢气超标实例

全密封式互感器油中气体不易逸出，所以一般来讲密封式互感器油中的氢气浓度相对偏高。特别是更换后投入运行的最初几年，在油中总烃含量正常、无乙炔含量且较稳定的情况下，全密封式互感器油中氢气浓度会高于非密封式互感器，并有不断上升的趋势[7]。

随着全密封式金属膨胀器在互感器中的广泛应用，投运前电流互感器氢气值超标的现象时有发生，从现场运行经验来说，只要定期跟踪分析，电流互感器油中氢气浓度超标，不会对设备的安全运行造成很大的影响。

河北电网某变电站220 kV变电站某电流互感器，型号为LB6-220W，于1995年7月投运，投运前及运行的氢气增长趋势见下图。

图3 投运前及运行的氢气增长趋势图

由上图可见：最初投运时，氢气含量接近于超标，但其他组分并未超标（无乙炔、总烃1.25 μL/L）微水也正常，便正常在1995年7月投运。之后2个月为周期进行跟踪分析，到1995年12月，氢值超过注意值，且增长迅速。当时其他数据正常，运行人员进行真空脱气处理后氢气变成3.8 μL/L。后又以两个月为周期，进行跟踪分析。到1996年11月，氢气值又达到161.8μL/L，依旧是无乙炔、总烃很小，微水合格。考虑到本次增长后期增长速率便慢，又进行滤油处理继续跟踪，至2000年12月，氢气数值缓慢增长，基本稳定（伴随着总烃也缓慢增加）至近期（2009 年 11 月氢气 125.3 μL/L，总烃 25.4 μL/L）。

5 事故分析

这是一起很典型的单氢含量高的电流互感器事件，根据现象判断与油中环己烷有关。

环己烷是变压器油的主要成分之一，在炼油过程中，由于工艺条件的限制，难免要在变压器油的馏分中残留下少量的轻质馏分，其中也可包括环己烷。这样，在某些条件(如催化剂、温度等)下，就可能因它发生脱氢反应而产生氢。

如果这一反应在互感器油中发生，只要油中存在极少的环己烷，就可能出现氢浓度高的现象。金属膨胀器的主要构件是用ICrl8Ni9Ti不锈钢制成[8]，合金中镍是一种加氢和脱氢催化剂。在环己烷脱氢制苯反应中，镍具有双向催化功能，在设备投运初期，油中有较多的环己烷，没有或只有少量的氢，在电场和镍的催化作用下，这时的脱氢反应速度大于加氢反应速度，氢浓度增高。经较长的运行时间后，正逆反应的速度逐渐接近，最后达到了平衡，此时油中氢气浓度升至最大值。

此外，金属膨胀器在加工过程及焊接时吸附了氢，未经处理及适当存放即安装于互感器上，也会导致所含氢慢慢释放到油中。

6 电流互感器中氢气的其它原因

当油中存在水分时，在电场的作用下，水分子将发生电解产生氢气；水分子也可与铁发生反应放出氢气，电流互感器装配有全密封金属膨胀器，内部保持微正压状态，且密封好，无渗漏。因此在油中微水含量检测超标的情况下可判定为此种原因。

变压器油含烷烃且其热稳定性最差，在高温下会发生裂化产生氢气。当设备内部存在故障引起过热而引发烷烃的裂化反应时，会伴随一些气态烃的产生，如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等。如果这些特征气体含量很高，同时伴随着氢气含量很大，就可以断定为设备内部故障所引起的。

7 结束语

对油中出现的单氢高、无乙炔、总烃值小、且油中微水含量又在合格范围内的情况，可进行一段时间的跟踪试验。直至氢气含量稳定后，方可认为设备内部并无故障，不能直接归于绝缘缺陷之列。

[1]陈家斌.电气设备故障检测诊断方法及实例[M].北京：中国水利水电出版社，2003.

[2]GB 50150-2006，电气装置安装工程电气设备交接试验标准[S].

[3]GB 7252-2001，变压器油中溶解气体分析和判断导则[S].

[4]钟守熙.电流互感器典型故障案例分析[J].四川电力技术，2009，32（3）：77-78.

[5]李 茜.浅谈电流互感器[J].农村电工，2009，（8）：37.

[6]DL/T 727-2000，互感器运行检修导则[S].

[7]丁峰，刘炯明，许红军.电流互感器油中氢气含量超标分析和处理[J].中国设备工程，2009，（6）：49-51.

[8]张俊锋.金属膨胀器质量与工艺的改进[J].福建电力与电工，2001，21（3）：1-4.