浅析变压器油中单氢气高问题

王玉林

摘要：本文介绍了油浸式电力变压器绝缘油的作用及分类，阐述了油浸式变压器油中溶解气体的产生机理，并对油中单氢气产生原因进行分析，从而判断变压器运行状况，是否存在故障，给设备是否可以正常运行提供依据，可供在变压器油中单氢气高问题处理过程中参考。

关键词：油浸式；单氢气；溶解气体；故障

一、引言

近年来，变压器运行过程中经常有变压器油溶解气体中单氢偏高，而且呈递增的趋势的现象，造成运行单位担忧，是否存在内部故障，是否可以继续运行。一般来说，处理方法就是在检修期对变压器油进行循环脱气，更有甚者对变压器非计划停机，进行检查处理。所以，对变压器油中氢气产生机理及原因进行阐述、梳理、分析非常必要，避免由于变压器故障原因判断问题带来不必要的人力、财力、物力浪费。

二、变压器油的作用及分类

液体浸渍变压器是指用绝缘液体浸渍绕组及绕组外的绝缘，绝缘液体既作为绝缘介质，同时又作为散热冷却的介质。目前在变压器中使用的绝缘液体主要是矿物绝缘油，通常称为“变压器油”。变压器油有以下特点：

（一）和绝缘纸结合使用，具有极高的击穿电压，可以减少绝缘距离，降低成本；

（二）变压器油的黏度低，传热性能良好，使变压器有良好的散热冷却效果；

（三）隔绝变压器与空气的接触，防止受潮，减缓变压器的老化，延长变压器寿命。

三、变压器油产生氢气的原因

油浸式电力变压器采用油-纸绝缘结构，整个器身完全浸泡在变压器油中。通畅油中溶解气体分析技术（Dissolved Gas Analysis—DGA）定性、定量分析变压油中溶解气体的组分和含量，查明变压器油中产气的原因，分析诊断运行中变压器内部是否正常，及时发现潜伏性故障。

变压器油中溶解气体是指变压器内以分子状态溶解在油中的气体，用体积百分率表示（μL/L或ppm）。溶解气体组分主要有H2、N2、O2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、C3H6、CO、CO2等气体。

变压器油中氢气的来源主要有下面几个途径产生：

（一）空气的溶解

变压器油在炼制、运输、贮藏等过程中会与大气接触。可吸收空气，对于强油循环的变压器，因油泵的运转和管路密封不严等会造成空气混入变压器油中，空气中含量氢气。

（二）变压器正常运行中产生

变压器在正常运行中，内部的绝缘油和固体绝缘材料由于受温度、电场、氧气及水分和铜、铁等材料的催化作用，随着运行时间的延伸发生速度缓慢的老化和分解，也会产生少量的氢气。

（三）器身故障的产生

变压器器身发生故障，例如：油-纸绝缘局部放电、油中火花放电、油中电弧等故障产生大量氢气。

（四）器身受潮产生

变压器内部进水受潮后，油中水分和含湿气的杂质容易形成“小桥”，能引起局部放电而产生氢气，水分在电场作用下电解作用和水与铁的化学，也可产生大量氢气，反应式为：

3H2O+2Fe→Fe2O3+3H2

（五）材料的释放

器身内部使用的不锈钢、碳素钢等材料在制造过程中吸附氢气，由于脱氢不彻底，在运行过程中受热和电场的影响，会缓慢释放出来。

四、变压器绝缘油中单氢气偏高分析诊断流程

根据色谱分析数据进行变压器内部故障诊断时，应包含以下内容：

（1）分析气体产生的原因及变化；

（2）判断有无故障及故障类型，如过热、电弧放电、火花放电和局部放电、悬浮放电等；

（3）判断故障的状况，如故障点温度、能量、严重程度以及发展趋势等；

（4）提出相应的处理措施，如能否继续运行，以及运行期间的技术安全措施和监视手段，是否需要吊罩检修等。若需要加强监视，则应缩短下次试验周期。

基于这个思路，当已经分析得出油中溶解气体含量数据以后，针对溶解气体组分中H2含量偏高，且呈持续增长的趋势，其它故障气体组分含量平稳，无变化的情况，可根据氢气产生的来源进行分析判断变压器内部是否存在故障或潜伏性故障。

经大量统计分析，国标对新投运设备及运行过程中的氢气含量及变化有相关要求，当前执行的GB50150-2006《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》7.02节规定：新装变压器油中H2 与烃类气体含量（μL/L）任一项不宜超过下列数值：总烃：20；H2：10；C2H2：0 为对于新装变压器要求； GB/ T7252-2001《变压器油中溶解气体分析和判断导则》对于投运前变压器的H2含量要求，小于30 μL/L。

通过以上两个相关的国标可知，对于新安装变压器，对于H2的要求应小于10μL/L。考虑到变压器在送电前的静放过程中氢气会有一定程度上升，并在标准中对氢气产生的原因进行了详细分析，因此国标允许在变压器静放過程中氢气有一定程度变化，所以GB/ T7252-2001《变压器油中溶解气体分析和判断导则》明确将投运前油中H2含量要求提高到30μL/L，总烃和乙炔含量要求没有变化。

根据氢气产生原因分析，如果器身受潮或器身内部故障，氢气含量增长的同时气体故障气体（乙炔、总烃等）会变化。

所以，单氢气含量偏高，而且持续增长的现象，氢气的来源主要有油中溶解气体产生、正常运行产生、材料的释放等。其中变压器内部不锈钢材料有紧固件、储油柜等部件，制造过程中吸附氢气，由于脱氢不彻底，在运行过程中受热和电场的影响，释放出来的氢气，此过程可能会比较漫长，根据经验，不锈钢等材料释放氢气时间一般为2年左右，释放氢气的过程中在绝缘油中色谱分析会持续增长，量值有时达到甚至几百体积百分率。当氢气含量达到峰值后会出现平稳或者稍下降的趋势。

五、变压器油中单氢气偏高问题处理

单氢气偏高现象，不会影响变压器正常运行，但是为了对变压器故障准确判断，避免影响其它故障情况的预判分析，一般处理方法是在停电检修期间对变压器热油循环脱气处理，无需非计划停电处理。

六、结束语

变压器运行过程中，绝缘油中溶解气体单氢气含量偏高，达到国标规定的注意值时，需对变压器运行状况综合分析，根据氢气产生原因判断变压器是否存在故障，从而对变压器采取必要的、准确的处理措施，避免造成不必要的浪费，保障变压器安全运行。