變壓器油中溶解氣體含量試驗(yàn)探討

楊志華

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司東莞供電局，廣東 東莞 523000）

變壓器油中溶解氣體含量試驗(yàn)探討

楊志華

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司東莞供電局，廣東 東莞 523000）

變壓器油的溶解氣體含量對變壓器的運(yùn)行產(chǎn)生重要的影響，通過在試驗(yàn)中對變壓器油的存儲(chǔ)試驗(yàn)、油中浸漬變壓器材料試驗(yàn)等進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)的結(jié)果表明，在不同的情況下，變壓器中溶解氣體的含量也不相同，為變壓器的維護(hù)與管理提供了建議與指導(dǎo)。

變壓器油；溶解氣體；氣體含量試驗(yàn)；存儲(chǔ)試驗(yàn)；絕緣性能

在變壓器中，絕緣油（變壓器油）的應(yīng)用十分廣泛，因其絕緣性能優(yōu)良、電氣性能好，具有良好的熱工性能，在工業(yè)中的應(yīng)用較多，在變壓器與斷路器設(shè)備中，是用量最為廣泛的絕緣介質(zhì)與冷卻液。但是，在變壓器中絕緣油品質(zhì)的好壞，直接影響著電氣設(shè)備的使用壽命與電氣設(shè)備的安全性能，因此在變壓器電氣設(shè)備使用的過程中，需要對變壓器油的性能與氣體含量進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控與檢驗(yàn)工作，這是保證電氣設(shè)備有效運(yùn)行的重要途徑。變壓器油中溶解氣體含量的檢測，是變壓器電氣設(shè)備廠商及用戶廣泛采用的手段以方法之一，分析變壓器工作的過程中發(fā)生的局部放熱與低能量放電的故障情況，能夠有效地判斷變壓器電氣設(shè)備的質(zhì)量、故障的性質(zhì)及設(shè)備的損壞情況，以便于更好地對設(shè)備進(jìn)行維護(hù)與管理。

1 變壓器油新油中溶解氣體來源分析

在變壓器工作之前，絕緣油新油都是新裝入變壓器中，在變壓器新油裝入變壓器之前，已經(jīng)存在氫氣、乙烯、甲烷等氣體。氣體的主要來源如下：

1.1 大氣

變壓器油在生產(chǎn)的過程中，一般都會(huì)與大氣發(fā)生接觸，這時(shí)變壓器油就會(huì)吸收空氣，同時(shí)在運(yùn)輸、儲(chǔ)存過程中也會(huì)吸收空氣中的成分，一般來說，變壓器油的溶解氣體主要是吸收了大氣中的氧氣與氮?dú)狻?/p>

1.2 基礎(chǔ)油精煉過程產(chǎn)生其他氣體

變壓器油基礎(chǔ)油在精煉過程中往往會(huì)發(fā)生少量的分解反應(yīng)，產(chǎn)生少量的二氧化碳、甲烷等低分子烴類氣體，在對其進(jìn)行脫氣處理時(shí)，并沒有能夠完全除去。

1.3 變壓器中的固體絕緣材料的分解

在變壓器中，往往存在紙、層壓板或木塊等固體絕緣物，這些絕緣物中含有大量的含氮、氫以及弱的C-O鍵及葡萄糖鉗鍵等元素，這些元素的熱穩(wěn)定性比變壓器絕緣油的穩(wěn)定性弱，在變壓器工作的過程中能夠重新發(fā)生化學(xué)變化，當(dāng)變壓器的穩(wěn)定在105℃時(shí)，它們能夠完全裂解與碳化，如果變壓器溫度大于300℃時(shí)，它們就會(huì)分解為一氧化碳與二氧化碳以及少量的碳?xì)浠衔?，影響著變壓器的穩(wěn)定。

1.4 其他情況

在變壓器工作時(shí)，往往還會(huì)有其他情況，使得變壓器油中產(chǎn)生新的氣體。例如：變壓器進(jìn)水受潮，其中的鐵元素與水作用能夠生成氫氣，當(dāng)變壓器過熱時(shí)，鐵心層間的油膜往往會(huì)發(fā)生裂解，生成氫氣與一氧化碳，變壓器中的不銹鋼部件在焊接時(shí)，往往也會(huì)吸附少量的氫元素，在與變壓器結(jié)合的過程中，也會(huì)釋放到變壓器油中。而變壓器在有氧工作的情況下，電氣設(shè)備中的油漆在不銹鋼的催化作用下，往往也會(huì)產(chǎn)生大量的氫元素，而且變壓器在工作的過程中，熱油的循環(huán)也會(huì)產(chǎn)生二氧化碳與甲烷氣體，如果變壓器在焊接的過程中存在殘油，往往也會(huì)分解而產(chǎn)生二氧化碳、氫氣與一氧化碳等氣體。變壓器油新油在1200℃高溫的情況下，也會(huì)分解產(chǎn)生乙烯、甲烷等氣體。

2 變壓器油新油中溶解氣體含量的試驗(yàn)分析

在對變壓器油新油中的溶解氣體含量進(jìn)行測試時(shí)，需要選取不同牌號的中間基、環(huán)烴基變壓器油進(jìn)行測試，以保證測試試驗(yàn)分析的有效性。

2.1 試驗(yàn)設(shè)備的選擇

在對變壓器新油進(jìn)行測試的過程中，主要采用《絕緣油中溶解氣體組分含量的氣相色譜測定法》（GB/T 17623-1998）的標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行測試。

2.1.1 安捷倫6820氣相色譜分析儀。用來分析變壓器油新油中的氣體含量的色譜。

2.1.2 真空全脫氣裝置。用于脫去變壓器新油中的殘余氣體。

2.1.3 恒溫烘箱。主要用于對變壓器新油在脫氣過程中的恒溫裝置。

2.2 試驗(yàn)的主要內(nèi)容

2.2.1 常溫存儲(chǔ)測試。（1）對25ST0變壓器油樣品進(jìn)行測試。選擇250g的樣品油進(jìn)行測試，將密封儲(chǔ)存在室溫條件下的倉庫中，在存儲(chǔ)一段時(shí)間后，對其中的氣體進(jìn)行測試；（2）在儲(chǔ)存0d、365d、730d后，需要對它們進(jìn)行測試，用采樣器分別從儲(chǔ)存桶的上、中、下部分別采樣，將材料的樣本放入1000mL廣口瓶中，蓋好瓶蓋，準(zhǔn)備測試；（3）封好儲(chǔ)存桶的封蓋，對取樣剩下的樣品繼續(xù)密封儲(chǔ)存，以備后期測試使用。

2.2.2 不同溫度下的存儲(chǔ)測試。（1）取7個(gè)125mL的廣口瓶，并將拾取的測試液體置于瓶中，在105℃左右的環(huán)境中，將樣品存儲(chǔ)16h，然后在室溫下冷卻，分析其中的氣體成分；（2）在廣口瓶中放入25ST0變壓器油樣品，在105℃左右的環(huán)境中，將樣品存儲(chǔ)16h，然后在室溫下冷卻，分析其中的氣體成分。

2.2.3 油中浸漬變壓器材料試驗(yàn)。（1）本試驗(yàn)采用西門子公司提供的變壓器油氣體含量的試驗(yàn)方法，選擇硅鋼片、螺桿、絕緣紙板等7種介質(zhì)材料進(jìn)行試驗(yàn)，將它們分別放置8個(gè)1000mL的廣口瓶中，在105℃左右的烤箱中存放16h，然后放置在干燥器中冷卻到室溫，進(jìn)行氣體成分分析；（2）在廣口瓶中加入500mL 25ST0新油，然后選擇變壓器中的各種浸漬試驗(yàn)材料放置在廣口瓶中，將廣口瓶密閉，防止新油中產(chǎn)生的氣體溢出。在密閉的狀態(tài)下，將廣口瓶在105℃下放置16h，待廣口瓶恢復(fù)常溫后，對分解的氣體進(jìn)行測試。

2.2.4 變壓器油氧化試驗(yàn)。對于變壓器油的氧化試驗(yàn)主要采用的是中石化公司研制的氧化試驗(yàn)臺(tái)架進(jìn)行測試，本次進(jìn)行試驗(yàn)的具體參數(shù)如下：輸入電壓為330kV，試驗(yàn)的輸出電流為4.5A，試驗(yàn)的測試溫度為95℃，試驗(yàn)的高壓為8100V，變壓器中的氧氣流量為34mL/min。在試驗(yàn)時(shí)，將一定量的新變壓器油裝入變壓器試驗(yàn)架中進(jìn)行測試，在環(huán)境溫度達(dá)到95℃的情況下，當(dāng)變壓器油的水溶性酸性達(dá)到0.014mg KOH/g時(shí)，就可以達(dá)到試驗(yàn)測試的要求，這時(shí)就可以采集該溶液的氣體，并對氣體的含量進(jìn)行測試分析。

3 試驗(yàn)的結(jié)果分析

3.1 新變壓器油的儲(chǔ)存時(shí)間對溶解氣體含量的影響

在對中間基25ST0變壓器油樣品進(jìn)行測試時(shí)，從儲(chǔ)存過程中的溶解氣體含量測定的測試分析可以看出，不同的情況氣體的含量也不相同。

3.1.1 隨著儲(chǔ)存時(shí)間的延長，新變壓器油中的成分變化也不相同，除了二氧化碳?xì)怏w含量增加外，其他的氣體含量增加量變化不大。

3.1.2 在試驗(yàn)的過程中，試驗(yàn)油樣中不會(huì)產(chǎn)生甲烷與乙烯氣體。油樣中存在的甲烷與乙烯氣體主要是在新油精煉的過程中存在的少量有機(jī)烴類氣體。

3.1.3 在試驗(yàn)的過程中，未檢測出氫氣與乙烯氣體，說明變壓器新油在存儲(chǔ)的過程中，不會(huì)產(chǎn)生氫氣與乙烯氣體，如果產(chǎn)生這些氣體，則說明與變壓器發(fā)生的故障存在關(guān)系。

3.2 溫度對變壓器新油溶解氣體含量的影響

在對變壓器新油進(jìn)行測試的過程中，測試了中間基25ST0變壓器新油樣品在不同溫度情況下的氣體存儲(chǔ)的溶解氣體含量情況，通過試驗(yàn)檢測后，沒有發(fā)現(xiàn)變壓器油中的氫氣、乙烯、一氧化碳?xì)怏w，而且變壓器新油中原有氣體的含量隨著測試的溫度升高而發(fā)生變化，各種氣體含量在不斷的減少，說明變壓器新油中的氫氣、乙烯、一氧化碳?xì)怏w含量隨著溫度的升高而降低，在一定的加熱條件下，有利于變壓器中的各種氣體飄逸出。

3.3 變壓器材料對變壓器新油的溶解氣體含量的影響

3.3.1 變壓器中的絕緣紙板在試驗(yàn)中產(chǎn)生二氧化碳的含量最高，超過10mL/L，其次是變壓器中的層壓木，含量為1.47mL/L。主要原因是在變壓器新油中加入的溶解氣體含量與試驗(yàn)介質(zhì)存在著明顯的關(guān)系，因此根據(jù)試驗(yàn)的要求，在試驗(yàn)中加入絕緣紙板和層壓木的質(zhì)量為100g，這兩類介質(zhì)的密度比較小，而且介質(zhì)的單位面積比較大，在試驗(yàn)中產(chǎn)生的氣體含量也比較多。

3.3.2 試驗(yàn)中沒有乙烯氣體生成，但是在試驗(yàn)中加入螺桿材料時(shí)，當(dāng)變壓器新油在105℃儲(chǔ)存條件下，試驗(yàn)中產(chǎn)生了氫氣，生成的氫氣含量超過100μL/L，說明在試驗(yàn)的過程中，螺桿材料可能在熱作用下起到催化作用，促使變壓器油發(fā)生脫氫反應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生氫氣，而對于中間基的試驗(yàn)中，產(chǎn)生氫氣的情況更為明顯。

3.4 變壓器油經(jīng)氧化試驗(yàn)后對溶解氣體含量的影響

3.4.1 不同變壓器油樣品試驗(yàn)時(shí)，在經(jīng)氧化試驗(yàn)后進(jìn)行測試，對溶解氣體進(jìn)行檢測時(shí)，沒有發(fā)現(xiàn)氫氣與乙烯氣體，但是在檢測中發(fā)現(xiàn)了少量的甲烷氣體、乙烷氣體、乙炔氣體，并在不同的條件下也生產(chǎn)了一氧化碳與二氧化碳?xì)怏w。

3.4.2 對環(huán)烷基變壓器油樣品45N TO和45FT0進(jìn)行測試分析，在試驗(yàn)架運(yùn)行2612h后，對生成的一氧化碳與二氧化碳進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)它們較中間基變壓器油樣在運(yùn)用3545h后產(chǎn)生的這兩種氣體要多。

3.4.3 通過測試發(fā)現(xiàn)，中間基變壓器油樣品的氧化臺(tái)架試驗(yàn)數(shù)據(jù)更好，測試的數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定，說明中間基變壓器油樣好的氧化安定比較好，因而其氧化生成的一氧化碳?xì)怏w較少，具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性。

4 結(jié)語

由于變壓器油新油中的溶解氣體在變壓器運(yùn)行過程中，氣體的含量往往會(huì)受到變壓器溫度的升高而發(fā)生變化，就會(huì)干擾變壓器油中的氣體含量分析，也會(huì)影響變壓器產(chǎn)生故障原因的分析，因此本文通過對變壓器油中的溶解氣體來源進(jìn)行試驗(yàn)分析，并對變壓器的材質(zhì)、變壓器新油的存儲(chǔ)條件進(jìn)行研究，同時(shí)還對變壓器的油品氧化性與變壓器油的氣體含量進(jìn)行試驗(yàn)分析，為變壓器正常運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的故障原因進(jìn)行研究與分析，便于快速地對變壓器產(chǎn)生的故障進(jìn)行定位，有利于變壓器的維護(hù)與管理。

[1]國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局．變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則（GB/T7252-2001）[S]．2001.

[2]絕緣油中溶解氣體組分含量的氣相色譜測定法（GB/T17623-1998）[S]．1998.

[3]傅繼瑜．臺(tái)架評定技術(shù)在變壓器油抗氧化性能評價(jià)中的應(yīng)用[J]．石油商技，2010，（6）.

[4]變壓器油氧化安定性測定法（變壓器法）（Q/SH003.01.442-1999）[S]．1999.

（責(zé)任編輯：蔣建華）

TM855

1009-2374（2017）12-0099-02

10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.12.051

楊志華（1988-），男，廣東東莞人，廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司東莞供電局助理工程師，研究方向：電力設(shè)備絕緣試驗(yàn)監(jiān)督。

A