互感器油中氢气含量单项偏高现象分析及处理

发布时间 /
2020-05-07 14:31:46
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1基本规律

近年来,对互感器油中溶解气体进行色谱分析,发现有氢气含量单项偏高的现象,其基本规律为:

1.1 密封式较非密封式突出

对国产密封式互感器进行监测和分析发现,相当数量的密封式互感器油中氢气含量相对偏高。特别是在投入运行后的最初几年中,在油中总烃含量正常、无乙炔组分且较稳定的情况下,密封式互感器油中氢气含量一般高于非密封式互感器,并且在初期有上升趋势。有一些新的密封式互感器在投运前油中氢气含量就高于规程所推荐的150l/l的注意值。经分析有相当数量的密封式互感器油中单项氢气含量在100l/l以上,而非密封式互感器油中单项氢气含量多在50l/l以下。而且密封式互感器油中氢气含量单项偏高的比例远高于非密封式,这是因为密封式互感器油中气体不易溢出而造成气体累积效应的缘故。

1.2 加装金属膨胀器后氢气含量显著偏高

随着金属膨胀器在互感器中的广泛应用,出现了许多互感器中氢气含量单项偏高的现象。

1.3 密封式互感器油中氢气含量最初几年呈逐渐上升趋势,在达到最高值后又逐渐呈下降趋势。虽然互感器的种类、电压等级、运行时间和生产厂家等不同,各自的氢气含量变化曲线各不相同,但总的变化趋势是相似的。

2、油中氢气的来源

互感器油中最有可能产生氢气的途径有三条。

2.1 水分的电解及铁的化学反应

油中存在水分时,在电场作用下,水可发生电解产生氢气。

水分也可与铁发生反应放出氢气。

装有金属膨胀器的互感器内部一般都保持微正压状态,而且设备密封性能优良,所以很少有内部受潮的情况发生。目前发现油中氢气含量的多少与含水量并无直接关系。因此可以认为密封式互感器油中氢气含量单项偏高,不太可能是由于受潮引起的。当怀疑时,可通过对油中含水量测定来判断互感器内部的受潮程度以甄别氢气的来源。

2.2 烷烃的裂化反应

变压器油主要由烷烃、环烷烃和芳香烃组成,其中烷烃的热稳定性能最差。有机物在高温下被分解称为热解,烷烃的热解称为裂化。在裂化过程中,主要是由大分子烷烃转变成小分子烷烃、不饱和烃(烯烃和炔烃)及氢。用气相色谱分析法检测充油设备内部故障的诊断原理正是以此为依据的。当设备内部存在故障引起过热或高温而发生裂化反应时,与不同的故障温度相对应,同时必然会伴随着一些气态烃的产生,如甲烷、乙烷、乙烯和乙炔等。由此可以判断,油中只有氢气含量偏高,而其它特征气体又很低的情况,不可能是由设备内部故障引起的。


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2.3 环己烷的脱氢反应

环烷烃是石油(也是变压器油)的主要成分之一。环烷烃中有一种环己烷,它在石油中的含量在0.5%~1%之间,其沸点为80.8℃,密度为0.78g/cm3。在炼油过程中,由于工艺条件的限制,难免要在变压器油的馏分中残留下少量的轻质馏分,其中也可能包括环己烷。环己烷在某些条件下(如催化剂、温度等)会发生脱氢反应。

常用的催化剂往往也是加氢催化剂,故反应是一个平衡体系。正方向是吸热反应,逆方向是放热反应。在常温并有较多氢气存在时,平衡向左移动,有利于环己烷的生成;提高温度,同时体系中没有或只有少许氢气平衡向右移动,有利于氢和苯的生成。

在正反应中,1mol环己烷可生成3mol氢。1mol氢气在标准状态下的体积是22.4L,1mol环己烷的体积为:

生成物氢与反应物环己烷的体积之比为:

即当油中含有1l/l的环己烷并参加脱氢反应,就可产生622l/l的氢气。可见,这个反应若能在互感器的油中发生,只要油中存在极少的环己烷,就会出现氢气含量高的现象。而现在的分析方法中,只能发现氢气含量的变化,无法知道环己烷和苯含量的变化。

综上所述,大量的互感器中单纯产生较高氢气的现象与环己烷的脱氢反应最为吻合,而这个反应在运行的互感器中确实是有条件发生的。这是因为金属膨胀器的主要构件为不锈钢合金(1Cr18Ni9Ti)制成,合金中的镍是一种著名的加氢、脱氢催化剂,在环己烷的脱氢制苯的反应中,镍具有双向催化作用,在正逆两个方向的反应中都能起催化作用。

设备投运初期,油中有较多的环己烷,而没有或只有少量的氢,在电场和镍的催化作用下,这时的脱氢反应速度大于加氢反应速度。经长时间的运行时间后,正逆反应速度逐渐接近,最后达到平衡,此时油中氢气含量升至最大值。以后,随着设备运行时间的增长,合金表面会逐渐钝化,催化活性减弱,不利于在常温条件下正反应的进行,使平衡向左移动,即加氢反应速度大于脱氢反应速度,形成油中氢气含量呈缓慢下降趋势。

3、处理方法

3.1 跟踪分析

对装有金属膨胀器的互感器,若油中出现单纯氢气含量超标而水分含量又在合格范围内的情况,可进行一段时间的色谱和微水跟踪分析。待氢气含量趋于稳定或下降后,再减少或取消跟踪分析。因设备内部并无故障,故不应将设备归入有绝缘缺陷之列。

3.2 真空脱气

结合设备检修,对油进行真空脱气。处理后,由于氢气含量减小引起化学平衡移动,油中氢气含量可能会有所增加,但要比处理前低得多。