一起500kV主变油中乙炔含量超标原因分析

一起 500kV主变油中乙炔含量超标原因分析

尹显贵

阳城国际发电有限责任公司 山西 晋城 048102

摘 要：变压器的油样检查发现变压器油内的乙炔含量持续升高,说明其内部存在放电,这些放电点的存在可能最终导致绝缘的损坏,但是只要变压器油中的乙炔含量不明显增长或处于允许范围内的波动状态，一般对变压器正常运行是没有威胁的。本文结合油化验、色谱分析和油中产气原因分析等综合判断，对某电厂#5主变乙炔含量超标原因进行分析，提出了防范措施。

关键词：主变；乙炔含量；油色谱；分析

0、引言

某电厂#5主变由德国西门子变压器厂1998年生产,产品型号为TRUM 8657,额定容量为435MVA，额定电压为550/21kV，额定电流600A，油重63吨。该变压器于2001年投入运行，2018年04月份主变检修时曾进行油处理，06月26日色谱定检发现主变油中乙炔含量1.735μL/L，氢气和总烃含量基本不变，而简化分析各项指标均正常。

1、问题简述

#5主变2001年投入运行至2017年4月之间其主变油中乙炔含量一直为0ppm，在2017年4月28日油色谱试验时发现乙炔含量在0.5ppm左右，其他气体含量每次测量数据变化不大，都在合格范围内。2018年4月24日#5主变进行停电检修滤油后，试验数据乙炔含量为0ppm，其他气体含量数据也均下降。5月30日主变投入运行，6月26日定期试验时，试验数据乙炔含量为1.74ppm，其他气体含量数据与滤油后变化不大，7月03日测量的试验数据乙炔含量为1.65ppm，为排除气相色谱仪器的误差，7月10日送电科院进行检测，测量的试验数据乙炔含量为1.68ppm，二氧化碳比本厂的大（本厂的667ppm，电科院的915ppm），总烃比本厂的稍大，其他的测量数据相差不大。滤油前后多次油介损和油耐压均合格。

2、原因分析

2.1变压器油故障运行时产生甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等气体。油在热分解产气顺序是先是烷烃类气体，接着是烯烃类气体，最后是炔烃类气体。在放电分解时产气顺序是低能放电产生气体氢气H₂、甲烷CH₄及乙烯C₂H₄，氢气和甲烷300-500℃产生，乙烯虽然在较低的温度时也有少量生成，但主要是在高于甲烷和乙烷的温度即大约为500℃下生成。高能放电产生气体乙炔C₂H₂，乙炔一般在800-1200℃的温度下生成，而且当温度降低时，反应迅速被抑制，作为重新化合物的稳定产物而积累。因此，虽然在较低的温度下也会有少量乙炔生成，但大量乙炔是在电弧的弧道中产生。

2.2变压器油中气体产生的其他来源：

2.2.1铁钢等金属材料起催化作用，水与铁反应产生氢气；

2.2.2变压器在运行中铁芯层间过油膜裂解, 会产生氢气；

2.2.3变压器检修期间设备暴露空气中吸附其他气体或阳光长时间照射油产生氢气和甲烷；

2.2.4有载调压变压器中切换开关油室的油向变压器本体渗漏或某种范围开关动作时悬浮电位放电的影响产生乙炔；

2.2.5设备曾经有过故障，而故障排除后变压器油脱气不彻底吸附于固体绝缘材料中产生多种故障气体；

2.2.6变压器检修时油箱外壳带油补焊产生乙炔；

2.2.7变压器制造时，使用不稳定的绝缘材料造成早期热分解产生一氧化碳和氢气；

2.2.8油罐、滤油机等设备使用前未清洗干净，本身带有乙炔等气体，原注入的油本身就含有乙炔；

2.2.9油冷却系统附属设备发生故障引起电火花或电机故障，产生乙炔。

#5主变自投运以来油中乙炔含量一直为0ppm，各项气体含量指标都在合格范围内。在此期间变压器也进行过两次大修且变压器为无载调压变压器，由此可排除上述油中气体产生的其他来源的可能性。

2.3主变在大修期间进行过滤油，根据乙炔产生的各种来源，可能情况只能是以下几种：

a.滤油机油泵缺少检修，叶片摩擦内壁高速旋转发热产生火花产生乙炔；

b.潜油泵或气体继电器触点电火花或电机故障产生乙炔；

c.热分解产生乙炔；

d.运行或启机试验过程中低能或高能放电产生乙炔。

#5主变刚滤完油后测量的数据为0，可以确认滤油机不存在故障；运行中潜油泵电机电流、声音正常，而且如果潜油泵电机有故障，乙炔能在一个月从0增大到1.7ppm，那么随后的几次测量数据也应该有明显的增大，故也可排除；高温热分解，产生的各种气体含量会有明显变化，不应该只有乙炔增大，也可排除；#5主变滤油之前就存在乙炔 0.5 ppm左右，刚滤完油后变为0，运行一个月后变为1.7ppm，排除a、b和c后，表明运行的这一个月或启机试验过程中存在过低能或高能放电，如果是高能放电，乙炔、氢气、总炔都很大，所以不可能存在高能放电，只可能是低能火花放电或局部放电，如果是运行中一直存在着火花放电或局部放电，乙炔会逐步增加。但#5主变根据2017年3月到2019年3月的跟踪监视乙炔逐步在降低，这些数据充分说明了#5主变油中乙炔没有持续产气的部位。

2.4正常情况下充油电气设备产气速率很缓慢。当设备内部存在故障时，就会加快这些气体的产气速率。因此故障气体的产气速率，也是诊断故障的存在与发展程度的另一个依据。

#5主变总油重为63吨，2018年6月26日取样测得油中乙炔浓度为1.74μL/L，油中总烃浓度为9.24μL/L。2018年6月30日取样测得油中乙炔浓度为1.53μL/L。2018年7月28日取样测得油中总烃浓度为23.16μL/L。—二次取样时间间隔中的实际运行时间为4天和32天，变压器油的密度为0.89，乙炔绝对产气速率为：

γ_a＝(C_i，2－C_i，1)/Δt×m/ρ

＝-3.7 mL/d

未超过注意值0.2。

总烃相对产气速率为：

γ_r＝(C_i，2－C_i，1)/ C_i，1×1/ Δt×100

＝1.88%

未超过注意值10%。

经过各种数据分析，#5主变油中乙炔含量超标的原因是：启机试验过程中，存在着局部放电，而且乙炔数量不会有任何增大，没有产气来源，随着时间还会有轻微的降低。启机过程中产生的微量乙炔，这种低能火花放电或局部放电即使进行变压器吊罩检修也无法查到放电部位，但产生的乙炔并不影响变压器的正常运行。

3、防范措施

变压器油中出现乙炔后应避免盲目的脱气处理，油中出现乙炔后即使未超标也总想通过脱气的方法降低油中乙炔，其实这是不对的。因为油中的乙炔含量只要不明显增长或处于允许范围内的波动状态，一般对变压器正常运行是没有威胁的。我们只要采取适当的跟踪、防范措施就可以了，没有必要进行脱气。#5主变电压等级高、容量大滤油是采用变压器体内循环的方式，这样反倒会因滤油不当造成跑油、压力释放阀动作、油污染等问题。针对#5主变某个部位可能存在薄弱环节的情况，需要继续跟踪监测，防止在薄弱环节点出现故障。

4、结论

近几年来随着电力行业的发展，电力生产的安全局面已日趋稳定。针对变压器油色谱出现乙炔问题准确的判断故障成因和类型不断总结经验采取相应的防范措施，并将故障经验交流与推广才是现代电力企业管理“预防为主”方针的有力践行。

参考文献:

[1] 变压器油中溶解气体分析和判断导则

[2] 电力设备交接和预防性实验规程

[3] 高压电气设备试验方法及诊断技术

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