主变油中氢气超标排查及处理

主变油中氢气超标排查及处理主变油中氢气超标排查及处理 1 前言前言 我局 110 kv 站前变电所两台新主变于 1998 年年底投产 运行初期 由工程建设单位对主变进行油色谱分析 结果发现 两台主变油中氢浓度为 400 l l 左右 旋即再次取样分析 氢 浓度又降到 100 l l 以下 当时试验人员认为前次的试验结果 可能是从色谱仪中取脱气用的氮气时 将仪器中的氢燃气带入 油样引起的 运行一个多月后 由检修单位再次对这两台主变进行油色 谱分析 结果两台都出现油中氢浓度严重超标 2000 l l 左右 其它特征气体均很小或为零 当天重新取样复试 油中氢浓度 又降到 600 l l 左右 在此后的一段时间 对这两台主变进行 了 10 多次的色谱跟踪试验 测得结果差别很大 氢浓度忽高忽 低 毫无规律地在 400 3000 l l 之间变化 为了确保主变的安全运行 必须尽快找出其中原因 2 排除试验因素排除试验因素 为确定色谱分析过程中是否有人为和仪器因素引起的试验 偏差 先配制氢浓度由高到低的多个气样 通过色谱仪对这些 不同浓度样品的分析 测得仪器的线性关系属正常范围 然后 做了一次对同一油样进行二次脱气分析的实验 每台主变同时取 a b 两个样在同一振荡仪中同时脱气 第 一次脱气测得 2 号主变油中氢浓度 a 样为 572 l l b 样为 448 l l 而 1 号主变两个油样氢浓度相差较大 a 样为 772 l l b 样为 1604 l l 振荡脱气法是一种溶解平衡脱气法 脱气后留在试油中的组分浓度与该组分在脱出的气样中的浓度 之比为一恒定值 即分配系数 这就可以根据已脱出的气样中氢 气浓度和氢的分配系数算出留在脱气后试油中的氢浓度 因此 对已脱过气的 1 号主变 a b 两个样进行第二次脱气 测出其氢 浓度与理论计算值见表 1 表 11 号主变 a b 油样氢浓度实测值与计算值单位 l l 1 号主变油样 a 样 b 样 第一次脱气测得氢浓度 772 1604 第二次脱气测得氢浓度 346 530 第一次脱气后留在试油中的氢浓度 计算值 355 541 由于油样中氢浓度的实测值与理论计算值相吻合 这表明 了从 1 号主变 a b 两个油样测出的氢浓度是真实可信的 从而 可得出这样的结论 此前多次试验得出的不同结果都是油样中 氢浓度的真实反映 这也就排除了试验过程出现偏差的可能性 3 油中氢的来源油中氢的来源 3 1 产气点的分析与实验 对于多次试验测出氢含量差别很大的原因 分析认为油中 氢气的产气点可能在取样阀内 取样阀装在主变外罩的下方 阀体较大 内部约有 80ml 容 积 若产气点在取样阀内 由于阀内的油不参与主变本体油的 循环流动 不断产生的氢只能通过分子运动缓慢地向主变内扩 散 从而使大多数来不及向外扩散的氢留在阀内使其油中氢浓 度达到很高值 取样时一般要先放出部分油冲洗管道和取样容 器 由于阀体内的油量与取样量 约 50ml 较接近 阀内油流出 的同时 主变内氢气很少的油将补充到阀内 因此 每次取样 前放掉油量的多少 或同时用数只注射器取样时的先后不同次 序以及与前次取样的不同间隔时间都会造成油样中氢浓度有很 大差异 为了验证这一推测 在与前次取样间隔 42h 后 对每 台主变同时取 3 个样 在主变下方取样阀未放掉油的情况下先 取得 a 样 然后放掉部分油后再取 b 样 从主变外罩中部的另 一取样阀取得 c 样 3 个油样的分析结果如表 2 所示 表 2 不同部位与方法取得油样的分析结果单位 l l 油样名称 a 样 b 样 c 样 1 号主变 氢浓 度 8395 73 17 2 号主变 氢浓 度 2364 59 9 由于中部取样阀无 死 油 c 样的油完全来自于主变本体 因此 这个实验表明了主变本体内的油中氢浓度是很小的 氢 气产气点可确认在主变下方取样阀内 3 2 产气原因 环烷烃是油中的主要成份之一 在炼油过程中 由于工艺 条件的限制 难免要在变压器油中残留下少量的轻质馏分 其 中就可包括环己烷这样的一些低分子烃 环己烷在催化剂 温 度 电场的作用下会发生脱氢反应 在这个反应中 有多种金 属元素具有催化作用 如 ni pt pd co ir rh re tc os 等 其中的 ni 是一种较 常见的著名的加氢 脱氢催化剂 同型号的这种主变在我局共有 5 台 其它先投产的 3 台却 无氢超标现象 经了解 由于这种主变的取样阀不能连接取样 用的透明胶管 建设单位就自己用钢材加工了两只取样阀与站 前变电所两台主变下方取样阀外罩进行更换 其它 3 台主变未作 更换 由此可见 如果用于加工取样阀的材料内有某种催化元 素 则取样阀内氢的来源就与前述相吻合 为此 对 1 号主变 取样阀做光谱定量分析 测得其中 ni 的含量为 100 g g co 的 含量为 20 g g 为了作进一步的验证 将 1 号主变下方自制的取样阀与中 部取样阀外罩对调使用 运行两天后取样分析 测得氢浓度分 别为 下方取样阀取样 16 l l 中部自制的取样阀取样 276 l l 由于更换阀门时自制的阀门内高浓度氢的油已流掉 使得更换到主变中部后取样阀内油中氢浓度要比以前小 但这 已充分说明了氢气产生的原因是由建设单位所加工的取样阀引 起的 4 结论结论 由上述分析和实验表明 站前变两台主变油样中的氢为取 样阀引起是毋庸置疑的 只需更换阀门就能解决问题 近年来 油中出现单纯氢严重超标的现象在互感器中很普 遍 这种现象是从互感器采用金属膨胀器技术后开始的 而制 作金属膨胀器的不锈