变压器氢气含量超标的原因分析与处理

曹军

【摘 要】大板发电公司四台变压器油中氢气含量超过注意值，通过分析检查处理，发现是金属波纹储油柜不锈钢材质引起氢气含量超标，并对这一问题进行了分析处理。使变压器氢气含量超标的问题得以消除。本文对电力同行变压器氢气含量超标判断有指导意义。同时还对此类问题提出了预防措施。

【关键词】电力变压器;色谱分析;油中氢气;储油柜;三比值法

一、引言

正常运行的变压器油中溶解气体的组成主要是氧气和氮气但由于内部绝缘油和固体绝缘材料受温度、电场、氧气及水分和铜、铁等材料的催化作用，随运行时间延伸发生速度缓慢的老化和分解，将生成少量的氢气和烃类气体。如果变压器氢气含量出现超标现象，可能是设备进水或有气泡存在，引起水和铁的化学反应;或在较高的电场作用下，水或气体分子分解;以及由电晕作用产生;绝缘材料受潮、金属材料脱氢反应等。这里介绍由金属波纹储油柜不锈钢材质脱氢反应引起氢气含量超标的现象，并通过数据分析和现场经验得以根本解决。

二、事故经过及采取措施

（一）事故经过

大板发电公司一、二号机组共有两台高压厂用变压器（型号：SFF10-70000/20，额定电压：20±2×2.5%/10.5-1.5kV）和两台公用脱硫变压器（型号：SF9-35000/20，额定电压：20±2×2.5%/10.5kV）于2010年现场安装完毕，2013年1月13日投入运行。至从变压器投运后，经连续油色谱分析发现四台变压器氢气含量持续升高，均超过行业标准DL/T722-2014《变压器油中溶解气体分析和判断导则》中规定的150μL/L注意值（见附件1）。

（二）采取措施

三比值法气体分析能根据各组分的含量、比值、产气速率判断变压器的故障原因及性质，在解决各类变压器故障中发挥重要作用。通过三比值法进行故障诊断代码为“011”判断故障表现为中温过热，由于只有氢气含量超标，而其它烃类气体并没有明显增长趋势，因此利用三比值法进行故障诊断没有指导意义，只有油中气体各组分含量足够高或超過注意值，并且经综合分析确定变压器内部存在故障后，才能进一步用三比值法判断故障性质。因此氢气含量超过注意值，但总烃并未发生突变，怀疑是新变压器刚投入运行时，由于制造厂在干燥、浸渍及电气试验过程中，绝缘材料受热和在电应力的作用下产生的气体被多孔性纤维材料吸收，残留于线圈和纸板内，此外，金属材料如奥氏体不锈钢、碳素钢等还可能吸藏一定的氢气，在运行初期氢气含量较高并逐步增长，一般大约在半年至一年达到最大值后才逐渐降低，鉴于此原因，大板发电公司在继续观察运行的同时采取了以下措施：

1.定期用钳形电流表检测变压器铁芯、夹件的接地电流，均小于100mA，满足规范要求。

2.将油色谱取样间隔时间缩短为每月一次增加化验次数，通过试验数据及时掌握氢气含量及总烃变化趋势。

3.加强设备的巡检每周用红外成像仪对变压器本体进行测温，没有发现明显的过热部位。

4.定期对变压器油进行击穿耐压试验大于60kV、介损小于4%、微水小于10mg/L，均符合GB/T7595-2008《运行中变压器油质量》中标准。

5.利用机组停机机会进行变压器绕组直流电阻、绝缘电阻、吸收比试验、绕组tgδ测试、泄露电流测试等，上述试验数据均合格。

三、氢气产生原因分析

2015年初鉴于1A高厂变压器氢气含量有趋于稳定的趋势，判断新投运设备氢气释放已基本完成达到饱和状态;同年3月31日对1A高厂变压器进行真空滤油处理，没想到氢气含量并没有趋于稳定反而有加速增长的趋势。2016年7月4日变压器氢气含量再次持续增加达到310.75 μL/L，考虑到真空滤油只能除去油中的氢气，如果绝缘材料受潮需要进行抽真空脱气处理，因此7月7日将变压器油全部排到油罐里，然后用真空泵对变压器内部进行抽真空，抽到内部残压133Pa以下维持8小时，在维持真空的条件下将油罐中的油重新真空注回到变压器内，并进行真空滤油12小时。2017年1月16日氢气含量再次达到199.74μL/L（见附件2），而其他三台变压器氢气含量也在持续升高。因此变压器氢气含量超标应从以下几方面进行分析：

（1）对于新投入运行的变压器来说，特性气体含量（除C2H2外）有一定的变化当属正常，这是由于变压器内部绝缘油和固体绝缘材料受温度、电场的作用以及制造过程中的残气在运行中逐渐释放到油中，使其浓度达到最大值后，慢慢趋于稳定，但四台变压器运行多年氢气含量并没有趋于稳定，滤油后氢气含量及产气速率明显加快，说明氢气含量超标与新设备残气没有关系。

（2）如果变压器进水或绝缘材料受潮将会造成氢气含量增加，此时进行抽真空脱气处理，氢气含量会趋于稳定，并且油耐压试验、介损、微水含量均合格，因此可以排除变压器进水或绝缘材料受潮的问题。

（3）火花放电、局部放电、电弧等均会引起氢气含量升高，根据近几年变压器油色谱跟踪分析结果，这四台变压器油中H2气体的增长趋势明显，而烃类气体含量虽略有增加，但增速都相对缓慢，且其绝对值都没有超过注意值，特别是没有产生C2H2气体。再从总烃来看，其绝对值和增长速率均在正常范围内，由此可判断该主变压器内部不存在潜伏性故障。

（4）金属波纹储油柜，采用超柔性不锈钢波纹补偿器作为容积补偿元件和隔离密封元件，由于不锈钢材质在变压器油逐渐氧化过程中，不锈钢材料中的镍分子会促进变压器油产生脱氢反应。在这个过程中，铁、同等

金属能够加强油的氧化反应作用。由于它们具有可变的原子价，促使过氧化物分解，起着氧化反应催化剂的作用，同时产生大量的氢气。由于四台变压器金属储油柜均为同一厂家生产并且同一批次产品，因此怀疑不锈钢材质脱氢反应引起氢气含量超标的可能性较大。

四、处理情况

经过分析已经初步判断是金属波纹储油柜不锈钢材质引起的氢气含量超标，于是2017年3月16日真空滤油后将1A高厂变金属波纹储油柜更换为胶囊式储油柜，设备运行到2019年7月4日氢气含量为62.46μL/L，期间并没有出现持续上升的趋势，总烃也保持稳定，说明氢气上涨与金属波纹储油柜有直接关系。2018年9月30日又将2B公用脱硫变金属波纹储油柜更换为胶囊式储油柜，并进行真空滤油处理，运行到2019年7月份氢气含量为11.39μL/L，氢气增长平稳。说明不锈钢波纹储油柜是造成变压器氢气含量超标的主要原因。油色谱分析数据见附件3。

五、结论

通过将变压器金属波纹储油柜更换为胶囊式储油柜，氢气含量超标的问题得到了有效的解决，说明大量氢气产生与储油柜不锈钢材质有直接关系。下一步将对另外两台变压器金属波纹储油柜进行更换，彻底解决我厂变压器氢气含量超标的问题。

六、结束语

变压器在正常运行中总会产生一些氢气，如果氢气含量超标而其他气体并没有发生明显变化，不应该判断变压器内部出现故障，而应该综合考虑变压器运行工况、检修记录、巡检记录和运行记录，综合设备的各方面数据进行分析判断，缩短监测周期密切关注其他可燃气体的变化，可以准确判断出故障原因，避免浪费大量人力物力，最终进行有效处理，保障设备安全稳定运行。

参考文献：

[1] DL/T722-2014，变压器油中溶解气体分析和判断导则

[2] DL/T596-1996 电力设备预防性试验规程

[3] 变压器油及相关故障诊断处理技术/钱旭耀编著-中国电力出版社2006

（作者单位：内蒙古大板发电有限责任公司）