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840MV·A變壓器油中氫氣含量異常升高原因及處理

文檔作者：徐鉻高卿胡雪琴文檔來源：中國長江電力股份有限公司		點擊數：	更新時間： 2025年11月03日
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２０１４ 年第６ 期
２０１４ Ｎｕｍｂｅｒ ６
水電與新能源
ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ ＡＮＤ ＮＥＷ ＥＮＥＲＧＹ
總第１２０ 期
Ｔｏｔａｌ Ｎｏ．１２０
ＤＯＩ： １０．１３６２２ ／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｎ４２ －１８００／ｔｖ．１６７１ －３３５４．２０１４．０６．０１９
收稿日期：２０１４ －０３ －０５ 作者簡介：徐　鉻，男，工程師，從事變壓器檢修維護工作。
８４０ ＭＶ· Ａ 變壓器油中氫氣含量異常升高原因及處理
徐　鉻，高　卿，胡雪琴
（中國長江電力股份有限公司，湖北宜昌?。矗矗常埃埃埃?
摘要：對某水電站１ 臺變壓器新投運以來，油色譜分析持續出現單氫含量超標的現象，通過分析驗證找到了故障原因來
自水冷卻器焊接使用焊料中含有的鎳元素，論證了鎳元素對油中環己烷等低分子烴發生脫氫反應所起的催化作用。及
時地處理了故障，保證了變壓器的穩定運行。
關鍵詞：變壓器；氫濃度；脫氫反應；色譜分析
中圖分類號：ＴＭ８５５　　　文獻標志碼：Ｂ　　　文章編號：１６７１ －３３５４（２０１４）０６ －００６３ －０２
Analysis and Treatment of Abnormal Increase
of Hydrogen Content in ８４０ MV· A Transformer Oil
ＸＵ Ｇｅ， ＧＡＯ Ｑｉｎｇ， ＨＵ Ｘｕｅｑｉｎ
（Ｃｈｉｎａ Ｙａｎｇｔｚｅ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．， Ｙｉｃｈａｎｇ ４４３０００， Ｃｈｉｎａ）
Abstract： Ｓｉｎｃｅ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｉｎ ａ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ ， ｅｘｃｅｓｓｉｖｅ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｏｉｌ
ｉｓ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ ｏｂｓｅｒｖｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｏｉｌ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ．Ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｎｉｃｋｅｌ ｅｌｅｍｅｎｔ ｃｏｎｔａｉｎｅｄ ｉｎ ｔｈｅ
ｓｏｌｄｅｒ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｗｅｌｄｉｎｇ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｃｏｏｌｅｒ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｔｈｅ ｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ， ａｓ ｔｈｅ ｎｉｃｋｅｌ ｅｌｅｍｅｎｔ ｈａｓ ａ ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｅｆｆｅｃｔ
ｏｎ ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｌｏｗ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ ， ｓｕｃｈ ａｓ ｃｙｃｌｏｈｅｘａｎｅ．Ｔｈｅｎ， ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｉｓ ｓｏｌｖｅｄ ｑｕｉｃｋｌｙ
ａｎｄ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｏｐｅｒａｔｅｓ ｗｅｌｌ．
Key words： ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ； ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ； ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ； ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ
　　某水電站８ 號主變壓器是雙繞組三相升壓油浸式
電力變壓器，冷卻方式為強迫油循環水冷，額定容量
８４０ ＭＶ· Ａ，該主變壓器自２００４ 年８ 月２４ 日投運以
來，Ｈ２ 呈加速上漲趨勢， ２００８ 年５ 月７ 日油氣相色譜
試驗測得Ｈ２ 的質量分數為１４１ ×１０ －６ ，２００８ 年６ 月１１
日升至１６３ ×１０ －６ ，已超過注意值１５０ ×１０ －６ 。２００８ 年
６ 月１６ 日到２００８ 年６ 月１８ 日期間對變壓器進行脫氣
處理后，其氫氣含量降至２２ ×１０ －６ ，但設備投運后，
２００９ 年１ 月７ 日其氫氣含量又上升至１６７ ×１０ －６ ，并
呈現增長趨勢，變壓器極化指數與吸收比均不合格。
１　試驗分析
１）化學試驗。枟變壓器油中溶解氣體分析和判斷
導則枠（ＤＬ／Ｔ ７２２ －２０００）指出，油中含有水，可以與鐵
作用生成氨；過熱的鐵心層間油膜裂解也可以產生氫；
新的不銹鋼中也可能在加工過程中或焊接時吸附氫而
又慢慢釋放到油中。特別是在溫度較高，油中有溶解
氧時，設備中某些油漆（醇酸樹脂），在某些不銹鋼的
催化下，甚至可能生成大量的氫。
國內某變電站枟主變油中氫氣超標排查及處理枠
一文中提到另外一種產生氫氣的可能性，即變壓器油
中低分子烴在某些催化劑（如鎳等）的作用下，發生脫
氫反應，生成氫氣和苯。
２）電氣試驗。為了查明氫氣含量異常升高原因，
對變壓器進行了預防性試驗：直流電阻、絕緣電阻、泄
漏試驗，介損測量。試驗數據與出廠數據對比發現繞
組的極化指數和吸收比不合格，其余數據合格，干燥前
后極化指數和吸收比數據如表１。
６３
水電與新能源２０１４ 年第６ 期
表1　電氣試驗結果
項目干燥前干燥后
吸收比 １．１７ １．５８ 極化指數 １．４３ ２．８２ 注：干燥前的試驗數據為２００８ 年６ 月２８ 日測得，干燥后的試驗
數據為２００９ 年３ 月１ 日熱油循環后測得。
２　排油檢查
為了查找原因對變壓器內部進行了如下檢查。
１）檢查鐵心、夾件引線端部固定是否良好。
２）檢查上、下鐵軛上表面可見部分與夾件、拉帶
之間是否有異物，絕緣是否完好。
３）檢查器身下端四個邊角處下鐵軛兩端角部與
墊腳是否接觸，檢測鐵心片是否良好。
４）檢查鐵心表面有無雜物、油垢、銹跡，鐵心各處
螺絲是否松動，有無多點接地現象。
５）檢查硅鋼片有無損傷斷裂，其絕緣漆完好。
６）高、低壓側磁屏蔽、電屏蔽是否良好。
７）檢查繞組是否有匝絕緣破損，導線彎曲、傾倒
及導線換位處有剪刀形交叉，線段松散等情況，檢查繞
組壓釘的緊固情況。
８）檢查絕緣支架尤其是高壓側上鐵軛木支撐有
無破裂跡象，各部引出線端部固定及絕緣包扎情況以
及各部墊塊、壓釘、螺栓緊固與絕緣情況。
９）檢查器身不銹鋼部件有無涂絕緣漆情況，檢查
無載分接開關引線端部緊固情況，切換開關觸頭對應
情況，檢查油箱是否干凈，油箱漆膜情況。
３　檢查結果
經檢查器身不銹鋼部件絕緣漆有部分損傷，其中
靠Ａ 相旁軛處鐵心的３ 根夾件中有１ 根的一側面未涂
絕緣漆；在油箱內仔細檢查發現有一個密封圈和部分
絕緣紙；其他部件檢查均正常。
４　原因分析
通過化學試驗數據、電氣試驗數據、以及內部檢查
情況，變壓器油中氫氣含量升高可能有幾種情況。
１）主絕緣受潮。如果因制造時干燥不好或運行
中受潮，或因油在光、熱、電的作用下氧化析水，內部就
會有水分和含濕雜質，水分在電場的作用下電解產生
氫氣（２Ｈ２ Ｏ→２Ｈ２ ↑ ＋Ｏ２ ↑），并且水與鐵的化學反應
也會產生大量的氫氣（３Ｈ２ Ｏ ＋２Ｆｅ→３Ｈ２ ↑ ＋Ｆｅ２ Ｏ３ ）。
當絕緣受潮后，電導損耗增加，吸收過程變短，吸收比
和極化指數下降。
２）不銹鋼析氫。某些新不銹鋼在加工過程中或
者焊接過程中沒有嚴格控制工藝要求而吸附氫，在運
行過程中慢慢釋放到油中。
３）油漆作用產氫。溫度較高時候，某些油漆在一
些特殊材質不銹鋼的催化作用下產生大量氫氣，從而
進入變壓器油中。
４）油中某些烴被催化產氫。環烷烴是油中的主
要成份之一，在煉油過程中，由于工藝條件的限制，難
免要在變壓器油中殘留下少量的輕質餾分，其中就可
包括環己烷這樣的一些低分子烴。環己烷在催化劑、
溫度、電場的作用下會發生脫氫反應。
５　處理情況
２００９ 年２ 月５ 日至３ 月２ 日在對變壓器油進行人
工檢查后，采集變壓器干燥前內部絕緣進行試驗，結果
正常，排除了絕緣受潮的可能，其中低壓側絕緣紙樣含
水為１．７７％，高壓側絕緣紙樣含水為１．９６％。熱油循
環后，發現油中氫含量仍然持續增加，如表２ 所示。
表2　變壓器油化試驗結果×１０ －６ 　
日期 ０１ －０７倡 ０３ －０９ ０４ －２９ ０５ －１３ ０５ －２５ ０６ －０９ ０６ －１９ ０６ －２４ ０７ －０２
氫氣 １６７ １０ １８ ２４ ３７ ５０ ５１ ６０ ６７ 甲烷 ３．００ ０．２０ ０．２０ ０．５０ ０．６６ ０．９２ ０．９５ ０．９４ １．２０ 乙烷 ０ ０ ０ ０ ０ ０．５３ １．０４ ０．５５ １．７０ 乙烯 ０ ０ ０．４０ ０ ０ ０ ０．４０ ０．２７ ０．７０ 乙炔 ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ 一氧化碳 ８２．０ ２．０ ２．７ ７．０ １１．０ １６．０ １４．０ １７．０ １７．０ 二氧化碳 ５９３ ９８ ３６ １２８ １６６ ２０８ ２４６ １７５ ２４６ 總烴 ３．００ ０．２０ ０．６０ ０．５０ ０．６６ １．４５ ２．３５ １．７６ ３．６０ 注：有倡號的日期為干燥前油化數據。（下轉第７８ 頁）
６４
水電與新能源２０１４ 年第６ 期
２）焊縫檢測合格后，剩磁５０ ×１０ －４ Ｔ 以下的鋼
板，在生產廠家指導下按照普通鋼板實施焊接及檢測。
３）對磁化較強的ＹＩ －１５３ 鋼管進行縱縫焊接處理
時，可先進行手工焊打底，這樣預先處理通常都會降低
工件的磁場強度，由于是彎管不能使用臺車，可繼續使
用手工焊。
本工程采用此方法最后成功地對磁化鋼板進行了
消磁，完成了焊接。具體焊接參數如表３ 所示。
表3　內蒙古呼和浩特抽水蓄能電站工程
壓力鋼管制作焊接過程記錄表
正縫背縫
焊接電流
／Ａ
焊接電壓
／Ｖ
焊接速度
／（ｃｍ· ｍｉｎ－１ ）
焊接線能量
／（ＫＪ· ｃｍ－１ ）
√ １５０ ２８ ８．７８ ２８．６７ √ １７０ ２５ １３．６ １９．２５ √ １５２ ２８．４ ８．７８ ２３．４２ √ １７０ ２５ ８．７８ １９．２５ √ １７０ ２５ ８．７８ １９．２５ √ １５２ ２８．４ ８．７８ ２３．４２ √ １７０ ２５ １３．２ １９．２５ 注：鋼板厚度３６ ｍｍ；焊接方法ＳＭＡＷ；材質ＡＹ６１０Ｄ。
３　結　語
１）用無錫翔源機械設備有限公司生產的手提式
振動退磁器、威利瑪有限公司生產的超強力線圈退磁
器對這種磁化鋼退磁效果不明顯，反復使用沒有達到
消磁的目的。
２）選擇線圈式退磁器消磁一定要有廠家進行現
場指導，如果操作不當，反而會擾亂磁場，導致消磁不
會成功，還會增大磁性。
３）采用加引弧板的方式和手工焊打底一道后再
用自動焊的方式進行焊接，可以達到消磁的目的；另
外，若壓力鋼管是彎管，用手工焊打底一道焊接后，如
果磁場強度減弱，在不能使用自動焊機的情況下，可以
嘗試使用手工焊焊接。此方法效果較好，經過試驗成
功地對磁化鋼板進行了消磁，并順利完成焊接。
４）生產廠家在吊裝鋼板或運輸時，盡可能減少使
用強力磁盤起重機。如使用后一定要進行消磁處理和
相關課題的研究，為工程現場做好后續的配套解決方
案，為現場工程質量及縮短工期、減少工程造價提供有
效的保障。
（上接第６４ 頁）
該變壓器的冷卻方式采用強迫油循環水冷方式，６
組冷卻器由國內某冷卻器公司提供，采用外油內水的
方式冷卻。冷卻器的外殼為不銹鋼，其內部含有６５ 根
鍍鋅紫銅螺紋管，螺紋管中間與水流直管緊貼傳熱，外
部通過油流，其中，螺紋管中間的直管材料為紫銅。
經廠家確認油路上并沒有可以產生氫的油漆。根
據投運后的一系列試驗數據，以及廠家發來的資料了
解到，在主變冷卻器的焊料中存在鎳元素，而鎳元素是
環己烷這樣的一些低分子烴的脫氫反應催化劑。２０１０
年１ 月檢修部門對變壓器的水冷卻器進行了更換。
只更換冷卻器油水熱量交換不銹鋼金屬筒，保留
其滲漏檢測儀及相關監控線路；逐臺拆除原冷卻器油
水熱量交換不銹鋼金屬筒；逐臺安裝另外一公司生產
的非不銹鋼冷金屬筒，并更換進出水管及進出油管的
密封圈。更換冷卻器后至今，該主變壓器油中氣體含
量正常，氫含量平穩。更換后的油化數據如表３。
６　結　語
由上述分析可見，與變壓器油接觸的部件中不能
存在有Ｎｉ（鎳）、Ｐｔ（鉑）、Ｐｄ（鈀）、Ｃｏ（鈷）、Ｉｒ（銥）、Ｒｈ
（銠）、Ｒｅ（錸）、Ｔｃ（锝）、Ｏｓ（鋨）等可能催化油中一些
低分子烴發生脫氫反應的元素。生產廠家在制造過程
中要避免摻入該類金屬，檢修運行單位在遇到類似單
氫含量升高問題時，不妨對變壓器油接觸的部件材料
入手分析。
表 3　更換冷卻器后變壓器油化試驗結果×１０ －６ 　
日期 ２０１０-０８-２０ ２０１１-０３-１５ ２０１１-０６-２０ ２０１１-０９-２１ 氫氣 １２ ２ ５ ４ 甲烷 １．５ ０ ０．３ １．２ 乙烷 ０ ０ １ ０ 乙烯 ０ ０ ０ ０ 乙炔 ０ ０ ０ ０ 一氧化碳 ２７ ４５ ６７ ７２ 二氧化碳 ２５７ ２２０ ４２１ ３４１ 總烴 １．５ ０ １．３ １．２ ７８

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