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变压器油中产生氢气的原因以及常用处理方法

时间:2021-10-18 来源网站:太原化工机械网

我们知道,变压器运行后,无论是热故障还是电故障,最终都会导致绝缘介质分解产生各种特征气体。由于变压器油、纸绝缘结构中,碳氢键的键能低,所以在分解过程中一般是先产生氢气,因此氢气是各种故障特征气体的主要成分之一。

q1:那么分解产生氢气的主要途径是什么?

答:主要有以下三个途径:

(1)水分的电解及与铁的化学反应

当油中存在水分时,在电场的作用下,水分将发生电解产生氢气;水分也会与铁发生反应产生氢气。

(2)烷烃的裂化反应

我们知道,变压器油主要由烷烃、环烷烃和芳香烃组成,其中烷烃的热稳定性最差。这些有机物在高温下会发生裂化,变成小分子烷烃、不饱和烃(烯烃和炔烃)及氢气。气相色谱法和三比值法就是基于氢气、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔五种成分。

(3)环己烷的脱氢反应

环己烷是石油的主要成分之一。在变压器油的炼制过程中,由于工艺条件限制,难免会留下少量的环烷烃成分(含环己烷)。这样,在催化剂或合适温度下,就可能因它发生脱氢反应(芳构化产生苯和氢气)。

该反应是可逆的,正方向是吸热反应,逆方向是放热反应。在常温下有较多氢气时,平衡向左移动,有利于环己烷的生成;温度提高,同时体系中没有或只有少许氢气时,平衡向右移动,有利于氢气和苯的生成。

由于1摩尔环己烷可生成3摩尔氢气,且其体积比为1:622,所以油中极少量的环己烷就可能造成氢气浓度高。

q2:以上三种途径,如何确定哪个是氢气超标的主因?

答:如果在变压器投运前出现氢气增多(一般在30μl/l以内),且水分含量基本不变,则主要原因是环己烷的脱氢反应。

如果投运后烃类含量合格仅氢气超标(150μl/l以上),且与水分含量成正相关,则主要原因是水分的电解及与铁的化学反应。

如果烃类和氢气均超标,则怀疑内部存在过热或放电,导致了烷烃的裂化反应。

q3:以上三种原因,采用何种处理方法最合适?

答:

(1)水分的电解及与铁的化学反应造成的氢气超标可采用热油循环法除去油中的水分及氢气,或换油法重新进行真空注油(成本较高)。

(2)烷烃的裂化反应造成的氢气及烃类超标,应使用色谱分析、三比值、进人检查等方法综合判断,确定缺陷性质后采取相应处理办法。

(3)环己烷的脱氢反应造成的氢气超标,可采用真空脱气法(详见本文后面案例1之4.3)。

在变压器投运后,主要应对氢气超标的处理方法是热油循环法。下面进行详细介绍。

q4:热油循环法的原理?

答:在常温状态下,变压器中的水分主要溶解在绝缘纸中,因为纸的主要成分是纤维,其亲水性远大于变压器油。因此,如果想要除掉变压器中的水分,必须通过加热的方法,使纤维中结合的水分析出,才能通过循环过滤的方式进行净化。但加热过程中温度过高会对变压器内部油、纸绝缘造成损伤,因此《国网公司变电站设备验收规范第1部分:油浸式变压器(电抗器)》中是这样规定的:

(1)热油循环前,应对油管抽真空;

(2)冷却器内的油应与油箱主体的油同时进行热油循环;

(3)循环过程中,滤油机加热脱水缸中的温度,应控制在 65℃±5℃范围内,油箱内温度不应低于40℃,当环境温度全天平均低于 15℃时,应对油箱采取保温措施。

(4)热油循环持续时间不应少于 48h,或不少于 3×变压器总油重/通过滤油机每小时的油量,以时间长者为准。

(5)热油循环后的变压器油应满足表 a.4 绝缘油验收标准。1000kv 变压器含气量≤0.5%。

q5:热油循环法的操作步骤是怎样的?

答:(1)滤油机进油管路接到变压器底部阀门,滤油机出油管路接到变压器器身顶部注油阀门;

(2)启动滤油机真空泵,打开滤油机进油阀门,对滤油机进油管抽真空后打开变压器底部阀门,使滤油机进油,进行自循环加热温油。打开变压器顶部注油阀门,使注油管内空气通过真空泵排出,打开滤油机出油阀进行热油循环加热。

(3)滤油机出油管路连接时,变压器器身顶部注油阀门带有放气塞,利用放气塞将管路中气体排出,使油管路充满油后再打开器身顶部阀门,进行热油循环。

(4)满油状态下热油循环前,检查吸湿器已正确安装呼吸通畅。

(5)热油循环时滤油机出口油温应不低于50℃,油箱内温度不应低于40℃。热油循环后的油应取样检验,符合交接试验标准。

(6)热油循环完毕,应静置一段时间:110kv及以下不小于24小时,220及330kv不小于48小时,500kv不小于72小时。

(7)变压器静置完毕后,应从套管、升高座、冷却装置、气体继电器及压力释放装置等部位进行多次排气并应启动潜油泵,直至参与气体排尽。

(8)储油柜中排气必须按照制造厂规定进行。

以上以带胶囊式储油柜的变压器为例,波纹管式储油柜无呼吸器,热油循环操作步骤应与厂家商定后制定专门技术方案。

总之,热油循环过程中应重点关注温度、阀门、静置、排气、油质。

最后,我们分享三个案例,分别为:

案例一:环己烷脱氢产生氢气

案例二:变压器受潮产生氢气

案例三:变压器内部局放产生氢气

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