站用变压器油中氢气含量超标原因分析

站用变压器油中氢气含量超标原因分析

摘要：站用变压器作为电力系统中的重要设备，对其运行状态的监督是非常重

要的，而绝缘油的色谱分析法作为一种灵敏有效的分析手段，能及时发现变压器

中存在的潜伏故障。本文通过两个工作的案例来分析站用变压器油中氢气含量超

标的原因。

关键词：站用变压器；油色谱；氢气；故障

前言：站用变压器是电力系统中的重要设备，当发生故障时，对电网的安全运行会造成

极大的影响。因此对变压器状态的监督，特别是对变压器潜在故障隐患的排查就显得格外重要。对变压器内部绝缘油的色谱分析法，是灵敏有效的分析手段，它不仅可以作为判断故障

已发生的依据，还可以预测变压器潜伏故障，以便对症下药。

1、变压器的原理及绝缘结构

变压器是借助电磁感应，以相同的频率在两个或更多的绕组之间变换交流电压和电流，

从而传输交流电能的一种静止电器。变压器绕组绝缘性能取决于绝缘纸和绝缘油的性能，而

检测绝缘油的品质即可了解到变压器的绝缘性能是否良好。因为色谱法检测的是油中气体含量，所以很敏感地反映出一些潜伏性故障。

2、利用油中溶解气体分析变压器故障

油中溶解气体分析作为诊断变压器故障的有效手段，其原理主要是由于在运行过程中，

变压器内部的油纸复合绝缘受电场和磁场的作用及铜、铁等材料催化作用的影响，逐渐发生

老化和分解。当内部发生潜伏性故障时，变压器油中含有不同化学键结构的碳氢化合物不同

的热稳定性，油纸受热分解产生烃类气体。随着故障点的温度升高，绝缘油依次裂解产生烷烃、烯烃和炔烃，还会由于发热逸散出氢气。随着油纸绝缘的进一步老化或者潜在故障的发展。还会产生其他气体。一般通过检测甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙炔（C2H2）、乙烯（C2H4）以及氢气（H2）、氧气（O2）、氮气（N2）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）等气体。将这些特征气体从变压器油中分离出来并经过色谱分析，确定其存在及相应含量大小，便可反映出产生这些可燃气体的故障类型。

3、案例分析

3.1 案例一

某330kV变电站35kV 2号站用变压器，由江苏上能新特变压器厂生产，于2015年4月

投入运行。运行期间，其负荷均在要求范围内。2015年5月，发现氢气增长迅速且超过标准

规定的注意值（150ul/l），随即我班工作人员缩短检测周期，加强监视，同时在进行色谱分

析时也一并对油中微量水分含量进行了检测。跟踪的色谱数据见表1，微水数据见表2。

3.3 案例分析

经计算，案例一中氢气含量绝对产气速率=（1276.52-6.07）

*11.24/90=158.61mL/d>10mL/d，案例二中的氢气含量绝对产气速率=（351.96-38.27）

*1.27/136=2.93 mL/d<10mL/d。因为两个案例中色谱数据中只有氢气含量有所增长，而乙炔总烃并无明显过快增长，所以可以排除内部过热、局部放电故障。

另一方面，站用变压器油中微水含量较投运时增长较多，特别是夏天的月份有明显的增长，但应当注意到的是在不同温度下，溶解在油中的水分的溶解值随温度的升高是增大的。

因而在高温下，绝缘纸中水分进入油中，当温度下降时，油中水分有一部分向纸中扩散，使

油的含水量下降。一般来说，运行温度越高，纸中的水分向油中扩散越多，使油中含水量增高。实现平衡需要一个较长的过程，因此在环境温度较低的情况下，用油中含水量的多少来

判断变压器的受潮程度不是很准确。

在密封条件较好的变压器中，如果没有外部水分的渗入，在不同温度下引起油中水分的

变化即使全部与绝缘纸的变化量相平衡，纸中含水量的变化幅度值也是很小的。变压器中纸

含水量的绝对量要比油中多得多，所以可以利用该变压器不同温度下油的相应含水量的变化

范围作为辅助性判断，如果差别很大，则可能受潮。

此台变压器微水值尚未达到超标的程度，且检测用油均为运行时所取，运行变压器温差

变化不大，但环境温度变化较大，检测值随检测温度的增大而增大，又随温度的降低而降低，尤其是案例一中，微水值自投运以来增长了三倍，可以认定为该变压器密封不严密。此台变

压器在运行了一段时间后就已经存在密封不严而导致油中含水量增大，后面数值增大表明了

密封不严的情况并未改变。综合考虑，怀疑是变压器本体或附件存在与空气接触的部位或油

纸绝缘材料未彻底干燥。当油中存在水分是，在电场的作用下，水分子将发生点解产生氢气，同时水分子也可以与铁发生反应放出氢气。

4、站用变压器油中产生氢气的其他可能原因

环己烷是变压器油的主要成分之一，在炼油过程中，由于工艺条件的限制，难免要在变

压器油的馏分中残留少量的轻质馏分，其中也可能包括环己烷。在某些条件下（如催化剂、

温度等）就可能因它发生脱氢反应而产生氢气。一般情况下经过较长的运行时间后，正逆反

应的速度逐渐接近，从而达到了动态平衡。

变压器油含烷烃，且其热稳定性最差，在高温下会发生裂化产生氢气。当设备内部存在

故障引起过热而引发烷烃的裂化反应时，会伴随一些气态烃的产生，如甲烷、乙烷、乙烯、

乙炔等。如果这些特征气体含量很高，同时伴随着氢气含量很大，就可以断定设备内部故障

所引起的。

有一些站用变压器绕组采用漆包线工艺进行制作，由于制作工艺较为粗糙，表面漆涂层

在高温下容易发生分解，从而产生氢气。此外，站用变压器在加工过程及焊接时吸附了氢，

未经处理即安装，也会导致所含氢气慢慢地释放到油中。

5、结束语

对油中出现的氢气组分增长较快，同时油中溶解气体中无乙炔、总烃值也不大的情况下，可以排除站用变压器内部缺陷。当油中微水含量也随之增长迅速时，可以怀疑是变压器密封

存在缺陷，可在检修时仔细检查密封状况，进行处理。在处理之后必须要进行一段时间的跟

踪试验，确保密封状况的良好，直至氢气含量稳定后方可认为设备内部无故障。

参考文献：

[1]孙坚明，孟玉婵，刘永洛.电力用油分析及油务管理[J].北京：中国电力出版社，2009

[2]汪红梅.电力用油（气）[J].北京：化学工业出版社，2008.11

[3]国家电网公司人力资源部.油务化验[J].北京：中国电力出版社，2010，9

作者简介：

陆颖杰，出生于1988年9月17日，男，技师，2011年毕业于华东交通大学应用化学专业，本科，从事油务化验、热工仪表、带电检测专业。