500kV设备中H2含量异常增高的原因分析及处理

[摘 要]以化学理论为基础，详细分析一组高压电抗器内部绝缘油中氢组分异常增高的原因，

并提出解决办法。

[关键词]高压电抗器绝缘油； 氢组分； 气稳定性；气泡；

中图分类号：TM854 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）11-0360-02

1 引言

概括起来说，充油电气设备中氢组分的产生途径主要分为两大类，一是电气设备故障状态下所产生的氢气，无论放电或者过热，最先产生的都是氢气，因为C―H键能只有338kj/mol，远小于C-C和C=C[1]，而设备受潮最直接的特征气体也是氢气。二是非电气设备故障状态下所产生的氢气，包括物理的（某些不锈钢材质脱氢等）、化学的（油质与材质相互作用、油质本身的化学反应等等），此类情况非常复杂，而且会对故障判断带来极大干扰，如果出现误判断而采取不当措施，会造成比较严重的后果。

2 事件经过

2009年5月，某500千伏并联电抗器投入运行。该高抗器为保定保菱变压器厂产品，型号为BKDK―50000/525。本体内绝缘油采用45#变压器油，单相油重15.2吨。投运前色谱数据如表1：

表1各项数据正常，A、C两相数据也基本类似。但在进行投运后例行的色谱跟踪试验中却发现，乙炔和总烃基本没有变化，而氢组分却异常增高，而且增长速度很快。

A、C两相情况类似。到6月29日，氢气已增加至：A相：169.31L/L；B相：371.28L/L；C相：310L/L，氢气含量均已超过注意值，且三相 “绝对产气速率” 平均值达160ml/d，是注意值的16倍。由于涉及500千伏超高压设备的安危，为慎重起见，在运行一个月后，决策部门果断将该组并联电抗器退出运行。

3 氢组分异常增高现象的原因分析

正如前文所述，氢组分异常增高无外呼两种原因，即电气设备的故障与非故障。下面就这两种情况进行分别排查。

3.1 并联电抗器自身绝缘状况评定

3.1.1 假如说三相高抗器都出现同一种缺陷，那一定是家族性缺陷（设计、工艺、材料等等）。但通过我们调查，与该组高抗器同一批出厂的还有另外一组，已安装于其它变电站，正常运行至今，没有出现类似的异常情况。因此，可以初步排除家族性缺陷的可能。

3.1.2 对绝缘油的微量水分分析显示，数据合格。停电后又进行整体绝缘试验也未见异常，因此可以排除设备受潮可能。

3.1.3 乙炔含量为0цL/L，哪怕是微小的变化也没有，因而可以排除设备的放电性故障。

3.1.4 经现场外观检查，绕组温度表显示80℃左右，油面温度表显示60℃左右，也属于正常范围；而在表2的数据中，其它组分都在合理范围之内，即绝对数值低、产气速率慢，并且符合新设备投运初期的产气特点。因此可以排除设备过热的可能。

另外，另一个需要考虑的因素是变压器油与高压电抗器油内各种材料的相容性问题。设备停电后我们曾对本体油质进行各种常规检验（表3），结果显示：介损、界面张力、击穿电压、酸值等各类理化、电气指标与交接试验值比较无任何差异，因而可以断定这方面不存在问题。

综上所述，可以肯定高抗器自身的绝缘状况是良好的。即，可以排除该设备故障状态下产生氢气的可能性。

3.2 非电气设备故障状态下产生氢气的原因排查

对于非电气设备故障状态下的氢气成因，业界已有多种论述，已经被广泛认可的主要有以下三点：

3.2.1 新的不锈钢可能在加工过程中或焊接时吸附氢而又慢慢释放到油中。

3.2.2 在高温以及金属催化下，某些油漆、清漆[2]、聚酰亚胺型的绝缘材料可能生成大量的氢气[1]。

3.2.3 变压器油在强电场、高温、金属催化剂作用下，油中某些组分脱氢产生氢气，如烷烃的裂化、芳烃侧链的脱氢等等。

对于本文所讨论的这组高抗器，由于有另外一组无异常的高抗器作为重要参考，更重要的是，二者所使用的变压器油产地不同，因此，前两种情况均可被排除，重点讨论第三种情况。

4 变压器油的气稳定性概念

变压器油的气稳定性（也称析气性）是指在强电场的作用下，烃分子发生物理、化学变化时，吸收或放出气体的特性。这种特性的产生机理非常复杂。不过可以简单地理解为：油中微量气泡在超强电场作用下发生游离而形成高能量的电子或离子，这些电子或离子对诸如易发生热裂的烷烃分子等产生剧烈撞击，使C―H或C―C链断裂，产生活泼氢，通过活泼氢对烃分子的作用，就产生吸气和放气现象。

变压器油的气稳定性与其组成成分密切相关。如烷烃是放出气体的，即

CnH2n+2H2+C2nH4n+2[3]

而芳香烃等具有吸收气体的特性，即：

C6H6+H2C6H8[3]

因此，我们可以指出：

第一、油中微量气泡是运行中变压器油析氢的基础。

第二、变压器油组成成分决定了它的气稳定性。

第三、强电场的存在是析氢的必要条件。

第四、芳香烃是氢组分的有效抑制剂，故可以有效地改善气稳定性。

气泡和氢气的产生，对于变压器的安全运行都是有害的，因此超高压变压器油标准SH0040别规定析气性不大于+5L/min。在我国，为了改善超高压变压器油的气稳定性而适量加入芳香烃。

5 并联电抗器油的身份调查

经过了解，该高抗器使用的变压器油产自某小型油厂，该厂并不具备超高压变压器油的生产经验，技术人员也不了解超高压变压器油的特殊性，更没有特别加入烷基苯类的芳香烃。

停运后，我们曾对设备油质进行常规检验，数据如下：