发生在充油电力设备取样阀内的脱氢反应.pdf

发生在充油电力设备取样阀内的脱氢反应 徐康健 （金华电业局，浙江 金华 321001） 1 引言 一般认为， 变压器油在运行中产生氢气有以下 途径：（1）充油设备内部发生了故障，故障引起的高 温使油热解而生成氢， 但此时通常还会伴随产生其 他一些故障气体（如烃类气体）。（2）油中水分在电场 或铁等金属作用下发生化学反应生成氢。（3）在互感 器金属膨胀器材料中的镍（Ni）的催化作用下，油中 某些烃发生了脱氢反应生成氢。 近些年来， 笔者在进行变压器油色谱分析中曾 多次遇到如下情况： 一些设备的油中氢含量测定值 突然比以前大幅度增加，但经过再取样复试，最终证 明这些设备内部的油中氢含量并无异常。 通过对这 些案例进行的分析，找到了其中的原因，认为氢的产 气点就在取样阀内。 2 案例简介 【案例1】220kV宾王变2号主变于2007年4 月初投产， 不久在油试验中出现氢含量快速增长 （其他特征气体无异常）， 到2007年8月2日氢含 量增至205μL/L，4天后又突然下降到16μL/L。 于 是在8月16日同时取两个油样，取样前先不放掉阀 门内的死油，取完第一个油样后，继续放掉部分油后 再接着取第二个油样。试验结果表明，先取的油样氢 含量为79μL/L，后取的油样氢含量为18μL/L，如表 1所示。 超高压流变局放试验作为控制制造质量的有效 手段已得到很多厂家认可， 但考虑到油浸流变制造 数量远大于电力变压器， 流变局放试验的预加电压 及测量时间选取上要考虑具体情况， 因此实际上通 常按上述的程序A或程序B执行，并未像电力变压 器那样达到半小时或一小时测量时间。 但超高压流变电场设计条件也是相当严格的。 文献[2]已指出：“电压作用时间是影响液体介质击 穿电压的主要因素之一，由于加上电压后，油中气泡 的产生需要一定时间， 所以油间隙击穿电压会随加 电压时间的增加而下降”。 因此笔者认为，标准中的 程序B比程序A更能满足油浸式流变局部放电试 验目的。 流变制造厂家应充分理解标准中 “至少 60s”的要求，尤其是当流变制造质量存在不确定性 时，可适当延长预加电压和测量电压时间，以使流变 内部可能存在的缺陷暴露出来， 如果采用数字局放 测量仪测量， 还可结合局部放电脉冲重复频率及放 电功率等参数进行综合分析， 以最大限度地获得产 品绝缘信息，不要仅局限在视在放电量上。 6结论及建议 该流变故障原因为真空处理过程中连接法兰密 封圈存在泄漏， 而17h停电过程使得流变器身局部 受潮，再干燥后导致绝缘纸收缩不一致形成空隙，最 终在持续运行电压作用下出现严重油隙放电并产生 大量气体，使得金属膨胀器变形。流变厂家在制造过 程中发现问题应慎重考虑后果及处理措施， 当存在 制造质量不确定性时， 对流变的局放试验程序应根 据实际情况加以调整。 参考文献： [1]GB/T7252-2001， 变压器油中溶解气体分析和判断导则 [S]. [2]朱德恒，严璋.高电压绝缘[M].北京：清华大学出版社， 1982. [3]GB1208-2006，电流互感器[S]. 收稿日期：2009-01-05 作者简介：邹彬（1965-），女，上海人，上海市电力公司高级工程师，从事变压器专业管理工作； 郭森（1972-），男，湖北襄樊人，华北电力试验研究院有限公司高级工程师，从事输配电设备技术监督工作。 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! TRANSFORMER 第 47 卷 第 2 期 2010 年 2 月 Vol.47 February No.2 2010 徐康健： 发生在充油电力设备取样阀内的脱氢反应第 2 期 表235kV变压器两次取样分析氢含量的变化 设备名称苏孟变2号主变汤溪变2号主变罗埠变1号主变罗埠变2号主变 取样顺序前一次一周后前一次一周后前一次一周后前一次一周后 氢含量/μLL-145937776201594043867 表3方古1637流变A相氢含量测定结果 油样序号1号2号3号4号 取样日期2004-04-08 2004-04-12 2004-04-16 2004-04-16 氢含量/μLL-11 78057915956 表4站前变两台主变对比试验中氢含量测定值 油样油样A油样B油样C 1号主变8 3957317 2号主变2 364599 μL/L 日期2007-04-112007-05-222007-07-202007-08-022007-08-062007-08-082007-08-162007-08-16 氢含量/μLL-1128412020516207918 表1宾王变2号变油中氢含量测定值 【案例2】2001年， 笔者所在单位曾发生多台 35kV变压器油中氢气含量测定值突然大幅度增加、 而其他特征气体又无异常的情况。 后经了解，为了 满足用注射器取样的要求，此前恰好都给这些变压 器改装过取样阀。 于是，在一周后再次取样复试，并 要求在取样前先放光阀门内的死油，结果氢含量测 定值大幅度下降，其中部分变压器的试验结果见表 2。 【案例3】方岩变方古1637流变A相于2004年 4月8日取油样分析，发现氢含量异常（其他特征气 体无异常）， 遂又于2004年4月12日和2004年4 月16日两次取样复试，试验结果如表3所示。 其中 2004年4月16日同时取2个油样， 取样顺序3号 样在先、4号样在后。 从表3中可看出，在这8天里， 氢含量测定值按取样先后顺序从1 780μL/L下降至 56μL/L。 【案例4】110kV站前变两台新主变在投产后第 4天取油样进行色谱试验， 出现了两台主变油样中 氢含量高达2 000μL/L左右的异常情况 （其他特征 气体无异常）。 当天再取样复试，结果氢含量又降至 600μL/L左右。 在此后的一段时间，对这两台主变进 行了10多次跟踪试验 （油样都从主变底部取样阀 取得），测得氢含量在400μL/L～3 000μL/L之间毫无 规律地变化。 经了解，两台主变的底部取样阀是由主变安装 单位加工改装，阀体体积较大。 为查找原因，对每台 主变同时取3个油样进行对比试验：在底部取样阀 事先未放掉阀内死油的情况下取得A样，接着继续 放掉一部分油后再取B样；然后又从主变中部另一 未改装过的取样阀取得C相。 每台主变3个油样的 试验结果如表4所示。 3 案例分析 经了解，在上述案例中，氢含量测定值较高的油 样在取样时，均存在着取样操作不规范现象（取样前 未放或未完全放光取样阀内死油）。 通过对这些案 例进行分析后不难发现有以下特点：（1）在短时期内 连续取样试验，油样中的氢含量会大幅度下降。 （2） 若取样前先放光取样阀内的死油后再取样，则与未 放油就直接取样相比，油样中的氢含量两者相差悬 殊。 （3）除氢之外，油样中其他特征气体的测定值均 未见异常。 综合案例中所反映出的特点，可得氢的产气点 在取样阀内。 因为氢的产气点在取样阀内时，阀内 不流动的“死油”中氢浓度会达到很高程度。 而在取 样或取样前的放油过程中，由于取样阀的体积不大， 设备内部氢浓度很低的油流进取样阀后会迅速稀释 阀内油中的氢浓度；若两次取样间隔时间较短，新产 生的氢就来不及使其在阀内油中的浓度恢复到较高 水平，从而出现后取的油样氢含量比前次低得多、或 取样前放掉阀内死油比未放死油就取样其氢含量低 得多的现象。 例如表4中，未放死油先取的A样，其 氢含量比后取的B样高很多（两者均从底部改装过 的同一取样阀取样），而未经改装的中部取样阀无死 油，即C油样代表了主变内部氢含量的真实值。 虽 然这2台主变现已运行多年，但在主底部取样阀内 产生氢的现象至今仍存在，每次取样前都必须先将 阀内的死油放光，否则油样中就会出现高含量氢。 在上述案例中，由于氢的产气点在取样阀内，且 在产生氢的同时并无其他烃类气体产生，从而可判 定取样阀内油中发生的反应为脱氢反应。众所周知， 油中的某些类脱氢反应一般需要催化剂（如Ni、Pt、 73 油浸变压器增设光保护的探讨 韩丛笑 （武夷山供电公司，福建 武夷山 354300） 1 引言 变压器是电力系统的重要设备之一， 其保护装 置的性能直接关系变压器和电力系统的安全运行。 当变压器内部发生故障时， 迅速将故障变压器退出 运行是保障电网安全、 提高电力系统稳定的基本和 有效的措施之一。 目前， 我公司所属变电站的主变都为油浸式电 力变压器。 一般容量在800kVA及以上的油浸电力 变压器设置有电量和非电量两类保护装置。 电量保 护方式有反映变压器绕组和引出线相间短路及绕组 匝间短路采用的纵联差动保护（简称纵差保护）和电 流速断保护； 非电量保护方式基本上还是延用传统 手段：轻瓦斯保护、重瓦斯保护和压力释放阀保护。 纵差保护或电流速断保护， 对绕组内部起始阶段的 匝间短路不起作用， 并且还会受到故障暂态过程的 影响。 重瓦斯保护需要绕组相间或匝间短路故障发 生所产生的气体或油流达到足够数量和速度才能启 动；压力释放阀动作要待压力升至动作值，它们的动 作时序较故障发生滞后一个时间段。由此可见，对于 变压器内部发生匝间短路故障的初始阶段， 纵差保 护、电流速断保护、重瓦斯保护和压力释放阀保护均 不起作用，其结果必然引起故障扩大。但变压器内部 发生短路故障时，不可避免地会发出可见光，包括紫 外线和超越正常运行范围的红外线。因此，笔者在变 压器内部不同位置分别安装一定数量的感光元件， 实时监视变压器的运行。 一旦变压器内部有弧光短 路故障的发生，就能第一时间做出正确判断，发出保 护命令，有效控制故障的扩大。 2 光保护的基本原理及特点 变压器正常运行时， 空载损耗和负载损耗使器 身发热，产生红外线，但不存在可见光。 感光元件没 有感受到可见光线，保护装置处于待命状态。当变压 器内部发生匝间短路故障时，会发出可见的弧光。可 见光在绕组的间隙中经介质直射或反射到安装在器 身内对可见光敏感的感光元件上， 感光元件感受到 光线后即以电信号的方式发给保护控制器， 由光保 护控制器的逻辑做出正确判断，发出动作指令通过 主变压器保护装置，分断变压器各侧断路器，并给出 相关的故障信号。对于较大的主变压器，装设必要的 摄像元件。 当故障发生时，启动摄像元件，记录故障 过程，有助于故障的分析和判断。光保护逻辑简图如 图1所示。 当前， 电力系统正在大力推行变电设备状态检 修和智能电网建设， 对于重要设备运行的实时数据 实行在线检测也尤为重要。因此，也可在比较重要的 主变内设置红外成像元件， 定期对变压器内部实行 红外检测，实时掌握变压器运行状况，及时发现变压 器的异常状态，为变压器的状态分析提供资料，确保 ，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，， Pd、Co等）的作用。 为验证这一点，在案例4中曾对 站前变1号主变底部取样阀做过光谱定量分析，测 得 阀 体 金 属 中Ni含 量 为100μg/g，Co的 含 量 为 20μg/g。 由此可见， 当取样阀的金属材料中含有如 Ni、Co等催化剂且油中又含有较多能参加脱氢反应 的烃时，氢就会源源不断地从阀体与油的接触面上 产生。 4 结束语 在对同一设备进行数次油色谱试验，若出现氢 含量大幅度波动，而其他特征气体则变化不大时，应 考虑是否由取样阀引起， 可用同时取两个油样的方 法来验证。 取样前， 应先放净取样阀内的死油再取 样，以防发生类似本文案例中的情况。 设备制造厂、 设备安装或运行检修单位在生产、改装取样阀时，应 尽量避免使用含有催化元素的金属材料。 参考文献： [1]徐康健.互感器油中氢浓度偏高现象的分析[J].高电压技 术，1996，22（3）：72-73. TRANSFORMER 第 47 卷 第 2 期 2010 年 2 月 Vol.47 February No.2 2010