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      变压器绝缘油中氢含量超标问题的分析

      一、问题的提出和背景

      多年来,采用不锈钢材料制成的互感器膨胀器,曾在一段时期经常出现绝缘油氢含量增高报道,业内人员就此作过大量的分析和研究,近年来同样以不锈钢材料制成的波纹储油柜也偶有类似问题出现,氢超标对设备故障判断产生一定干扰,因此有必要进行控制。现将我公司近年来对这一问题研究和试验所取得的判断和结论做一介绍。


      二、增氢的可能原因

      造成氢含量高的原因,有以下几种判断:

      1.不锈钢与绝缘油反应之说

      认为不锈钢中某些元素(如镍Ni)具有催化作用,造成绝缘油脱氢。

      针对这一判断很多单位(包括我公司)作过长期跟踪试验和模拟试验,例如将不锈钢材料密闭在合格的绝缘油中,在运行温度下和电场状态下跟踪氢含量的变化,结果没有发现氢含量明显变化。对运行的互感器跟踪发现,增氢现象在产品批次上具有不确定性,但增长过程却有规律性。常常是某一批产品中的部分产品出现增氢,且通常在新产品投运第一年,在负荷增大或油温第一次大幅升高后,一段时期内氢含量急剧增大,然后趋于平稳。

      按照不锈钢与绝缘油反应之说解释不了上述现象。因为氢含量并不是持久的连续增加,而且也不是每一台都出现氢增高,即使同一批材料生产的不锈钢膨胀器也常常出现其中一部分产品产生互感器氢含量增高,而另一部分却没有。氢含量增高的互感器经绝缘油脱水处理后,再次运行氢含量通常不再增加。

      因此,直至今日,关于不锈钢与绝缘油反应一说虽然仍被业内很多人引用,但解释不了具体问题,未能得到业内认可。波纹膨胀器作为较理想的补偿元件一直得到沿用并进入设计规范,自波纹型储油柜投入使用至目前市场占有量已近十万台。

      2.不锈钢材料吸附氢之说

      即不锈钢表面具有较强的对氢分子的吸附能力。

      在一些企业的制造工艺中,为提高不锈钢的可焊性曾采用氢、氩混合气焊接波纹片。依据这一判断,焊接过程中加入的氢分子部分吸附在材料内表面,在互感器工作温度下进入油中造成增氢。根据这一结论,目前绝大多数生产企业已停止采用氢、氩混合气焊接,改用纯氩焊接。但尽管如此,这些企业的产品仍时有增氢问题出现。

      由此看来,氢吸附之说并没切中要害。

      3.内壁脱落的绝缘漆粉末可能造成绝缘油氢超标的推测

      按规范选用的绝缘漆通常性质可靠,不会与绝缘油产生反应。

      目前波纹储油柜内壁绝缘漆选用的是与国内大型变压器厂(特变、西变、保变等)完全相同的油箱内壁绝缘漆,其化学稳定性能、绝缘性能等指标完全符合电力行业标准。另外,对油箱内壁绝缘漆片与绝缘油混合后,所做的耐压、介损、色谱三项检测均达到500KV变压器用油标准,氢含量无超标。

      4.绝缘油中含水及绝缘油材质等问题导致氢超标

      ①制造过程中残留的水分导致增氢

      绝缘油中的氢可能来源于波纹膨胀器、变压器片散等组件产品制造过程和使用过程中存在的水分。我们知道,如果绝缘油中含有水分,在色谱试验时即表现为氢含量高。那么制造过程中的水分从何而来?

      波纹膨胀器和片式散热器在产成后有一道重要的工序是浸水气密性检验,操作过程很难避免水进入,通常在检验后清洗并烘干处理,膨胀器是进炉烘干(也称之为脱氢烘干),片散是热风烘干。这一工序是防止以后增氢的极为重要工序,但其效果常常被一些企业忽视。因为内油式波纹膨胀器和片散内部死角很多,烘干时气化的水分不易从较小的连接口排出,导致水分极易存留,即烘干过程中气化的水分不易充分挥发,冷却后会重新凝结在内部。在产品安装运行后水分逐步进入油中,并呈现出运行第一周期氢增高较快,一段时间后在浓度较高点逐步稳定的特征规律。在片散内部涂装的过程中,因相同原因,也存在内部死角油漆不易干透现象,未干透的油漆也可导致绝缘油中增氢。

      近年出现的多起氢超标事件,最后现场判断的结果都是由上述原因造成。变压器投运不久即出现绝缘油中氢超标,进行整体真空滤油后(个别因为处理不彻底因而多次虑油),指标恢复正常后不再反复。

      ②除了制造过程外,运输和使用过程也易出现受潮增氢。

      由于膨胀器和储油柜都是焊接密封式容器,一旦内部有水不易发现,因此在运输和使用时应特别注意防止水分和潮气进入。例如,在出厂检验合格后应立刻密封各管口防止潮气进入内部凝露;在运输、安装和户外放置时要特别注意不能开放上部管口盖板,否则雨水进入将难以清除。

      这方面教训很多,但至今仍有很多企业忽视。2004年沈阳天工生产的波纹储油柜在某变压器厂与变压器对装后即敞开口放置于露天多日,且赶上阴雨天气。当沈阳天工售服人员在该厂服务中发现后,立即与该厂质检部门联系,要求采取措施去除储油柜内水分。结果打开下部连口,放出较多雨水,在采用热油循环多时后才消除内部水分。但这是被及时发现的特例,没有发现的受潮隐患肯定会有。近年来储油柜生产厂已加强对产品使用要求的宣传和指导,以引起使用单位特别是变压器厂的重视。沈阳天工为防止雨水进入,已将产品上部连管由直连管改为侧向弯管,有效防止雨水和杂物进入。

      ③绝缘油材质问题导致增氢。

      变压器绝缘油或绝缘材料不合格也可能导致变压器运行后增氢。 


      三、结论

      综上所述,变压器内发生增氢的主要原因应该不是不锈钢材料因素,更可能是工艺因素。最直接的因素是组件生产过程可能存留的水分,未干油漆,储油柜运输和储存中受潮、进水等。


      四、氢含量增高后的判定方法和处理方法

      对出现氢含量超标的变压器或储油柜,可以分别从变压器本体和储油柜提取油样,做出色谱分析,来判断氢来源。结果可分以下情况:

      1、变压器本体氢含量高于储油柜中氢的含量

      此种情况可以排除储油柜造成氢含量超标的可能,建议重点放在对变压器本体故障分析上。

      2、储油柜中含氢量远远高于变压器本体

      储油柜内的油量是变压器总油重的8%~10%,如果是储油柜原因造成氢含量不断升高,那么储油柜中的氢即使不断地被本体稀释,也会高于本体数倍。若试验结果储油柜内氢含量明显高于变压器本体,则应将处理重点放在储油柜上。

      3、处理方法

      1)储油柜内氢含量较高而变压器本体氢含量超标不明显时,建议对储油柜内绝缘油做真空处理;

      2)储油柜内和变压器内氢含量均高,建议整体做真空滤油。


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