变压器油,工业白油,抗磨液压油专业厂家—淄博勤润

0 引言
在电力系统中，变压器是用于电压转换和电能传输的重要设备。变压器在正常运行状态下，由于油和固体绝缘会逐渐老化、变质并分解出极少量的气体，主要有氢气（H2）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）等。当变压器内部出现故障时，如局部过热、内部放电、绝缘受潮等，这些气体的含量会迅速增加。变压器故障时产生的气体，大部分会溶解在变压器油中，一小部分会上升至变压器油的表面并进入气体继电器。氢气作为绝缘油中的一种常见气体，其含量的异常变化可能预示着变压器内部的某些故障。因此，对变压器绝缘油中氢气含量的监测和异常升高原因的分析具有重要意义。
1 现象
1.1 设备简介
田湾核电站的3号、4号主变由3个单相变压器组成，设备型号为DFP-430000/500，冷却方式为油浸强制油循环风冷型，调压采用无载调压，生产厂家为特变电工沈阳变压器集团有限公司。变压器设置了油中气体在线监测系统，能监测设备本体油中的氢气、一氧化碳、甲烷、乙烯、乙炔等气体，实现各种气体的含量和趋势预警及故障气体含量超标时输出报警。根据GB/T 7252—2001《变压器油中溶解气体分析和判断导则》，变压器运行规程中规定了油中主要气体含量的注意值（表1）。
变压器油色谱数据显示，自2022年6月起，在OT403大修期间变压器复役运行后，4号主变三相油中氢气色谱成分数据呈缓慢上升的趋势。至2023年11月OT404大修期间主变退出运行前，主变A相、B相、C相的氢气含量最高升至112μL/L、161μL/L和95μL/L；另外3种主要组分气体（甲烷、乙烷、乙炔）的色谱数据保持平稳，无明显增大趋势。氢气含量的手工取样与自动取样分析结果基本一致。
作为对比，同期3号主变油样中的氢气含量分析结果保持平稳、在30～60μL/L，无上升趋势。
2 原因分析
参考相关科研资料，梳理变压器油色谱中主要气体成分的产生机理。由表2可知，氢气的产生机理较多，包括水分、电晕放电、油的热分解、固体绝缘受热分解、金属等。
2.1水分
变压器内部受潮可分为绝缘油受潮和绝缘材料受潮。对于绝缘油受潮，按照电站油务监督大纲规定的周期进行取样分析，结果表明4号主变三相水分最大值分别为12 mg/L、10 mg/L和15 mg/L，而3号主变的最大值分别为15 mg/L、14 mg/L和12 mg/L。两台主变取样水分结果相当，且均不高于标准要求的15 mg/L，因此可以排除4号变压器油中水分含量过高导致氢气含量升高的原因。
对于变压器内部绝缘件受潮，在变压器运输、安装过程中，如果空气湿度大，潮气可能进入固体绝缘纤维。由于纤维素对水的亲和力，只有1%的水分会进入变压器油，一般情况变压器温度在80℃以上时固体绝缘材料的水分才会缓慢逸出、溶入油中，当温度下降后水又会被吸附到绝缘层。绝缘材料受潮可以通过测量绕组绝缘进行检测，查阅历史维修记录，4号主变前3次大修中测量的绝缘情况如表3所示。可以看出，OT403大修中所测得的绝缘合格，但绝缘值较前两次大修偏小，判断绝缘材料可能存在受潮的情况。其中，合格标准为绝缘电阻值不小于2000 MΩ，吸收比不低于1.3或极化指数不低于1.5；当绝缘电阻值大于10 000 MΩ时，不考虑吸收比和极化指数。
2.2 放电
从变压器产气机理表可知，如果变压器内发生电晕放电，油和绝缘材料会在高温和电离的作用下产生氢气。主变安装有在线局放监测装置，对变压器中可能产生的各种异常放电现象进行在线监视。查询4号主变实时局放数据及历史局放数据，均未发现局部异常放电的记录，因此基本上可以排除主变内部电晕发电、弧光放电、固定绝缘放电的因素。
如果4号主变内部存在弧光放电，则色谱数据中乙炔的含量会明显增大；如果变压器内部固体绝缘存在放电，则色谱数据中甲烷和乙烷的含量会明显增大。根据色谱仪检测结果，乙炔、甲烷、乙烷的成分数据稳定，无上升趋势，因此可以排除变压器内部弧光放电、固体绝缘放电的因素。
通过局放在线监测装置、色谱在线监测装置、手工油样分析数据之间相互佐证的对比分析，基本上可以排除放电因素导致变压器油中氢气含量升高的因素。
2.3 油和固体绝缘热分解
从变压器产气机理表可知，油和固体绝缘的热分解会导致变压器油中产生氢气成分。调取2022年6月10日—10月10日（时段1）、2023年6月10—10月10日（时段2）两个时间段内，4号主变油温、绕组温度参数，并与同时期的3号主变相关温度参数进行对比（表4）。
由表4可知，在这两个时段内，3号、4号主变的最高温度参数比较接近、均未超过限值，属于正常变化；4号主变冷却系统均能将变压器油温、绕组温度有效控制在规定范围内。结合油色谱趋势图，能基本上排除主变油液和固体绝缘过热分解导致变压器油中氢气成分异常上升的原因。
2.4 金属
从表2可知，镍、铁等金属会加强油的氧化反应作用，由于它们具有可变的原子价，有氧化反应催化剂的作用，促使过氧化物分解，同时产生大量的氢气。由于变压器中使用了一部分不锈钢材料，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，从而使氢气释放到变压器油中，造成油中氢气含量增高。
4号主变储油柜均为波纹储油柜，储油柜内部波纹补偿器为不锈钢材料，不锈钢材料在加工过程或焊接时会吸附氢气，脱氢处理不彻底使得变压器在长期运行中不锈钢中的氢气缓慢稳定溢出，造成油色谱中氢气缓慢增长，长期运行氢气含量增长，超过规程要求的注意值。
根据目前的分析数据，只有单一的氢气含量超过标准，金属因素导致4号主变油中氢气色谱成分数据逐步呈现缓慢上升的可能性较高。
3 处理措施
3.1 厂家意见
自2018年投运以来，4号主变一直存在氢气含量持续上升的问题，曾多次给厂家发函咨询，厂家的回复是“变压器金属波纹储油柜脱氢不彻底所致，建议滤油处置”。所以，在每次在大修之后4号主变都会开展滤油工作，经滤油再次转入运行后，色谱监测数据显示油中氢气组分会重新呈现逐步上升的趋势。但是，同一厂家生产的3号主变则不存在此问题。
针对本次4号主变氢气含量持续上升超过注意值的问题，电厂再次向厂家发函咨询，回函分析认为：4号主变三相的油色谱分析除氢气含量较高外，油中总烃气体含量无明显变化且无乙炔，初步判断变压器内部无过热及放电故障。氢气增长的原因可能与不锈钢波纹储油柜等组件氢气持续析出有关，同时不排除变压器个别部位出现渗漏进入潮气原因。监督油中氢气每日产气速率不高于10μL/L，在限值不超过200μL/L的情况下，变压器可以继续监视运行。
3.2 后续措施
根据上述分析的原因及厂家意见制定了如下措施：
(1）在大修期间对4号主变的B相、C相油枕进行取样分析，检测其氢气含量与本体是否存在差异。
(2）大修时对4号主变三相进行滤油处理。
(3）在主变滤油后将主变三相冷却器、油枕前后的阀门关闭，静置5d左右后分别进行油样分析，并与静置前数据对比，以判断氢气产生部位。
(4）将主变三相绕组绝缘数值与历史数据进行对比，判断绝缘是否存在受潮。
(5）根据氢气析出部位制定后续措施。
4 处理结果
(1）在2023年11—12月的大修中，对4号主变B相、C相取油样进行色谱分析，氢气含量的分析结果为：B相本体142.62μL/L，油枕154.16μL/L;C相本体99.65μL/L，油枕97.47μL/L。因此，油枕与本体氢气含量无较大差异。
(2)OT404大修中对4号主变的A/B/C相进行了滤油和热油循环处理，滤油后将主变三相冷却器、油枕前后的阀门关闭，静置一段时间后分别进行油样分析，与静置前数据对比，滤油后A/B/C相的数据分别为2.02μL/L、6.32μL/L、2.6μL/L；静置后数据分别为2.68μL/L、7.44μL/L、3.56μL/L。数据对比不明显，暂时无法确定氢气的析出部位。
(3)OT404大修中对主变三相绕组绝缘进行测量，结果为：A相低压95 460 MΩ，B相低压147 900 MΩ，C相低压129 900 MΩ，高压侧整体167 400 MΩ。可以看出，OT404大修主变检修后绕组绝缘数据比OT403大修后整体有较大提高，证明经过热油循环后绝缘受潮情况已大有好转。自2023年12月OT404大修4号主变投运后至今，主变油色谱在线监测数据基本上保持稳定，氢气含量低于15μL/L。
5 结束语
本文通过对变压器绝缘油中氢气含量异常升高的现象进行分析，确定原因为绝缘材料受潮和不锈钢金属析氢，并提出了针对性的处理措施。这一研究不仅解决了具体的技术问题，还为变压器的故障诊断和维护提供了宝贵的经验。