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(duì)變壓器的運(yùn)行產(chǎn)生重要的影響，通過(guò)在試驗(yàn)中對(duì)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(guò)程中，需要對(duì)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(cè)，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(guò)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(duì)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(lái)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(lái)源如下：

1.1 大氣

變壓器油在生產(chǎn)的過(guò)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(guò)程中也會(huì)吸收空氣中的成分，一般來(lái)說(shuō)，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(guò)程產(chǎn)生其他氣體

變壓器油基礎(chǔ)油在精煉過(guò)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(duì)其進(jìn)行脫氣處理時(shí)，并沒(méi)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(duì)變壓器油新油中的溶解氣體含量進(jìn)行測(cè)試時(shí)，需要選取不同牌號(hào)的中間基、環(huán)烴基變壓器油進(jìn)行測(cè)試，以保證測(cè)試試驗(yàn)分析的有效性。

2.1 試驗(yàn)設(shè)備的選擇

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

2.1.1 安捷倫6820氣相色譜分析儀。用來(lái)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(duì)變壓器新油在脫氣過(guò)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(cè)試。（1）對(duì)25ST0變壓器油樣品進(jìn)行測(cè)試。選擇250g的樣品油進(jìn)行測(cè)試，將密封儲(chǔ)存在室溫條件下的倉(cāng)庫(kù)中，在存儲(chǔ)一段時(shí)間后，對(duì)其中的氣體進(jìn)行測(cè)試；（2）在儲(chǔ)存0d、365d、730d后，需要對(duì)它們進(jìn)行測(cè)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(cè)試；（3）封好儲(chǔ)存桶的封蓋，對(duì)取樣剩下的樣品繼續(xù)密封儲(chǔ)存，以備后期測(cè)試使用。

2.2.2 不同溫度下的存儲(chǔ)測(cè)試。（1）取7個(gè)125mL的廣口瓶，并將拾取的測(cè)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(duì)分解的氣體進(jìn)行測(cè)試。

2.2.4 變壓器油氧化試驗(yàn)。對(duì)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)試的要求，這時(shí)就可以采集該溶液的氣體，并對(duì)氣體的含量進(jìn)行測(cè)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(duì)溶解氣體含量的影響

在對(duì)中間基25ST0變壓器油樣品進(jìn)行測(cè)試時(shí)，從儲(chǔ)存過(guò)程中的溶解氣體含量測(cè)定的測(cè)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(zhǎng)，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(guò)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(guò)程中存在的少量有機(jī)烴類氣體。

3.1.3 在試驗(yàn)的過(guò)程中，未檢測(cè)出氫氣與乙烯氣體，說(shuō)明變壓器新油在存儲(chǔ)的過(guò)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(shuō)明與變壓器發(fā)生的故障存在關(guān)系。

3.2 溫度對(duì)變壓器新油溶解氣體含量的影響

在對(duì)變壓器新油進(jìn)行測(cè)試的過(guò)程中，測(cè)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(guò)試驗(yàn)檢測(cè)后，沒(méi)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(cè)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(shuō)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(duì)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(guò)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(méi)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(guò)100μL/L，說(shuō)明在試驗(yàn)的過(guò)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(duì)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(duì)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(cè)試，對(duì)溶解氣體進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)氫氣與乙烯氣體，但是在檢測(cè)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(duì)環(huán)烷基變壓器油樣品45N TO和45FT0進(jìn)行測(cè)試分析，在試驗(yàn)架運(yùn)行2612h后，對(duì)生成的一氧化碳與二氧化碳進(jìn)行測(cè)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(guò)測(cè)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(cè)試的數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定，說(shuō)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(yǔ)

由于變壓器油新油中的溶解氣體在變壓器運(yùn)行過(guò)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(guò)對(duì)變壓器油中的溶解氣體來(lái)源進(jìn)行試驗(yàn)分析，并對(duì)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(duì)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(duì)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(guó)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(cè)定法（GB/T17623-1998）[S]．1998.

[3]傅繼瑜．臺(tái)架評(píng)定技術(shù)在變壓器油抗氧化性能評(píng)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(cè)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。

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