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互感器油中氫氣含量單項偏高現象分析及處理

發布時間:2020-05-23 10:34:29 來源:浙江北成電氣有限公司 【返回】


1基本規律

近年來,對互感器油中溶解氣體進行色譜分析,發現有氫氣含量單項偏高的現象,其基本規律為:

1.1 密封式較非密封式突出

對國產密封式互感器進行監測和分析發現,相當數量的密封式互感器油中氫氣含量相對偏高。特別是在投入運行后的最初幾年中,在油中總烴含量正常、無乙炔組分且較穩定的情況下,密封式互感器油中氫氣含量一般高于非密封式互感器,并且在初期有上升趨勢。有一些新的密封式互感器在投運前油中氫氣含量就高于規程所推薦的150l/l的注意值。經分析有相當數量的密封式互感器油中單項氫氣含量在100l/l以上,而非密封式互感器油中單項氫氣含量多在50l/l以下。而且密封式互感器油中氫氣含量單項偏高的比例遠高于非密封式,這是因為密封式互感器油中氣體不易溢出而造成氣體累積效應的緣故。

1.2 加裝金屬膨脹器后氫氣含量顯著偏高

隨著金屬膨脹器在互感器中的廣泛應用,出現了許多互感器中氫氣含量單項偏高的現象。

1.3 密封式互感器油中氫氣含量最初幾年呈逐漸上升趨勢,在達到最高值后又逐漸呈下降趨勢。雖然互感器的種類、電壓等級、運行時間和生產廠家等不同,各自的氫氣含量變化曲線各不相同,但總的變化趨勢是相似的。

2、油中氫氣的來源

互感器油中最有可能產生氫氣的途徑有三條。

2.1 水分的電解及鐵的化學反應

油中存在水分時,在電場作用下,水可發生電解產生氫氣。

水分也可與鐵發生反應放出氫氣。

裝有金屬膨脹器的互感器內部一般都保持微正壓狀態,而且設備密封性能優良,所以很少有內部受潮的情況發生。目前發現油中氫氣含量的多少與含水量并無直接關系。因此可以認為密封式互感器油中氫氣含量單項偏高,不太可能是由于受潮引起的。當懷疑時,可通過對油中含水量測定來判斷互感器內部的受潮程度以甄別氫氣的來源。

2.2 烷烴的裂化反應

變壓器油主要由烷烴、環烷烴和芳香烴組成,其中烷烴的熱穩定性能最差。有機物在高溫下被分解稱為熱解,烷烴的熱解稱為裂化。在裂化過程中,主要是由大分子烷烴轉變成小分子烷烴、不飽和烴(烯烴和炔烴)及氫。用氣相色譜分析法檢測充油設備內部故障的診斷原理正是以此為依據的。當設備內部存在故障引起過熱或高溫而發生裂化反應時,與不同的故障溫度相對應,同時必然會伴隨著一些氣態烴的產生,如甲烷、乙烷、乙烯和乙炔等。由此可以判斷,油中只有氫氣含量偏高,而其它特征氣體又很低的情況,不可能是由設備內部故障引起的。


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2.3 環己烷的脫氫反應

環烷烴是石油(也是變壓器油)的主要成分之一。環烷烴中有一種環己烷,它在石油中的含量在0.5%~1%之間,其沸點為80.8℃,密度為0.78g/cm3。在煉油過程中,由于工藝條件的限制,難免要在變壓器油的餾分中殘留下少量的輕質餾分,其中也可能包括環己烷。環己烷在某些條件下(如催化劑、溫度等)會發生脫氫反應。

常用的催化劑往往也是加氫催化劑,故反應是一個平衡體系。正方向是吸熱反應,逆方向是放熱反應。在常溫并有較多氫氣存在時,平衡向左移動,有利于環己烷的生成;提高溫度,同時體系中沒有或只有少許氫氣平衡向右移動,有利于氫和苯的生成。

在正反應中,1mol環己烷可生成3mol氫。1mol氫氣在標準狀態下的體積是22.4L,1mol環己烷的體積為:

生成物氫與反應物環己烷的體積之比為:

即當油中含有1l/l的環己烷并參加脫氫反應,就可產生622l/l的氫氣??梢?,這個反應若能在互感器的油中發生,只要油中存在極少的環己烷,就會出現氫氣含量高的現象。而現在的分析方法中,只能發現氫氣含量的變化,無法知道環己烷和苯含量的變化。

綜上所述,大量的互感器中單純產生較高氫氣的現象與環己烷的脫氫反應最為吻合,而這個反應在運行的互感器中確實是有條件發生的。這是因為金屬膨脹器的主要構件為不銹鋼合金(1Cr18Ni9Ti)制成,合金中的鎳是一種著名的加氫、脫氫催化劑,在環己烷的脫氫制苯的反應中,鎳具有雙向催化作用,在正逆兩個方向的反應中都能起催化作用。

設備投運初期,油中有較多的環己烷,而沒有或只有少量的氫,在電場和鎳的催化作用下,這時的脫氫反應速度大于加氫反應速度。經長時間的運行時間后,正逆反應速度逐漸接近,最后達到平衡,此時油中氫氣含量升至最大值。以后,隨著設備運行時間的增長,合金表面會逐漸鈍化,催化活性減弱,不利于在常溫條件下正反應的進行,使平衡向左移動,即加氫反應速度大于脫氫反應速度,形成油中氫氣含量呈緩慢下降趨勢。

3、處理方法

3.1 跟蹤分析

對裝有金屬膨脹器的互感器,若油中出現單純氫氣含量超標而水分含量又在合格范圍內的情況,可進行一段時間的色譜和微水跟蹤分析。待氫氣含量趨于穩定或下降后,再減少或取消跟蹤分析。因設備內部并無故障,故不應將設備歸入有絕緣缺陷之列。

3.2 真空脫氣

結合設備檢修,對油進行真空脫氣。處理后,由于氫氣含量減小引起化學平衡移動,油中氫氣含量可能會有所增加,但要比處理前低得多。


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