对环烷基变压器油单独析氢问题的研究

ＪＩ　ＳＨＵ　ＪＩＡＯ　ＬＩＵＹＵＹＩＮＧＹＯＮＧ技术交流与应用　对环烷基变压器油单独析氢问题的研究　李义仓　，邢　军　，王　宏　，黄峻峰。，李　石　，李　朋　（１．汉中供电局，陕西汉中７２３０００；２．陕西电力科学研究院，陕西西安７１００５４；　３．陕西省电力公司，陕西西安７１００４８）　行，２号变压器于２００９年２月１２日投入运行。投运前　Ｏ　引言　油中氢气体积分数很低，随后油中氢气体积分数不　断增加，但始终未能发现油中产生其他特征气体。　环烷基变压器油被广泛用在变压器、互感器中　２．１　变压器油析氢情况　做为绝缘介质Ⅲ。环烷基变压器油在炼制过程中会　某变压器型号为ＳＳＺ１０一Ｍ一３１５００／１１０。由汉中变　残留一些氢气＿２Ｊ，某些变压器内部也使用了奥氏体　压器有限公司制造。投运前其电气、化学性能试验合　型不锈钢材料。环烷基变压器油在一定条件下会发　格，色谱检出的氢气体积分数为５　，随后的油色　生反应析出氢气，同时产生其他特征气体，提示变　谱周期试验数据显示氢气体积分数持续增长，其他色　压器可能存在内部故障。以气相色谱法分析油中溶　谱气体未检出，气体产生特征明显表现为氢气单值升　解气体，油中产生了氢气，但是其他的特征气体却　高．２００９年１２月１６　Ｅｔ用色谱法跟踪１号变压器氢气体　未出现　。目前，很多环烷基变压器油运行中出现　积分数为１５１　Ｉ几，２号变压器氢气体积分数为１０６　了氢含量单独升高的现象，进行其机理研究具有现　Ｌ／Ｌ。２０１０年５月６日用色谱法跟踪１号变压器氢气体　实意义　积分数为１７３　Ｉ儿，２号变压器氢气体积分数为１２５　１　环烷基变压器油的特点　Ｌ／Ｌ。随后跟踪分析，油中氢气体积分数降低。　２台变压器投运前油中气体基本被脱干净，投运　变压器油是原油通过一定的加Ｔ工艺生产的　后周期监督中油中氢气体积分数增加明显，数值呈　优质石油产品　变压器油的性能在一定程度上与原　现不断上升态势．相关的特征气体却没有产生。运　油的特性有关，一般认为石蜡基原油倾点高，易氧　行１０个月以后，上升速度有减缓趋势，２台变压器单　化生成大量的酸性化合物，对变压器油的电气性能、　位时间氢气产生量基本接近。　工作寿命有很大的影响。因此大量选用倾点低，抗　２．２变压器工况及材料应用情况　氧化安定性　】较好的环烷基变压器油。环烷基变压　从收集到的设备资料来看，变压器油为新疆炼　器油具有优良的绝缘性、抗氧化安定性和低的介质　油厂生产的环烷基油，变压器投运前电气及油理化　损耗因数，热传导性能优异，对老化沉积物有较强　试验合格，２台变压器并列运行，运行环境一致，无渗　的溶解力，而不致使其沉积在设备的内部构件上。　漏油，未进行过检修。变压器绝缘漆等材料与以往　出厂的变压器相同，安装过程条件控制及工艺严格，　２环烷基油变压器的析氢实例　变压器不会受潮．在出厂前及安装过程中无氢气污　染，变压器内部不会存在氢气残留。２台变压器内部６　某变电站１号变压器于２００８年１　１月１２日投人运　处采用了奥氏体型不锈钢做成的拉板，变压器油中　收稿日期：２ＯｌＯ—ｏ７—０８　作者简介：李义仓（１９６３－－），男，陕西宝鸡人，高级工程师，从事高压绝缘管理方面的工作。　技术交流与应用　ＪＩ　ＳＨＵ　ＪＩＡＯ　ＬＩＵ　ＹＵ　ＹＩＮＧ　ＹＯＮＧ　氢气的单独升高与变压器内部采用的奥氏体型不锈　钢材料有关，认为与不锈钢中所含的镍（Ｎｉ）有关。　表现出上升的趋势。　２．３变压器油中氢气数据的分析　２台变压器油中氢气体积分数数据见表１和表２。　表１　１号变压器油中特征气体体积分数　ｂｄＪＬ　３　模拟试验研究及分析　嘶引　如∞　３．１实验目的、仪器和方法　∞　２００９－１２—１６　２０１０－０ｌ－０７　２０１０－０１－２２　２０１０一Ｏ２一Ｏ５　２０ｌ０一Ｏ２—２３　２０１０一Ｏ３—０９　２０１　０－０４－２３　２Ｏ１Ｏ一０５一Ｏ６　２Ｏ１Ｏ一０５—２１　２０１　０－０６－０４　以采样日期作为横坐标轴、氢气体积分数作为纵坐　标轴，得到２台变压器油中氢气体积分数变化图（图１）。　ｉ　鼎　景ｓ　蛙　蛹　米样日期　图１　２Ｎ变压器油中氢气变化图　由图１看出，２台变压器油中氢气积累量的最高　点出现的时间基本一致，积累量的变化趋势基本一　致。２台变压器油中氢气体积分数在一段时间内呈　现上升趋势，出现最大值之后变压器运行条件变化，　油中氢气会　现一些波动，但含量将逐渐稳定，不再　通过模拟试验，了解变压器油在奥氏体不锈钢　３　２　２　０　５　９　３　５　３　勰　４　材料的存在下，是否会析出氢气。４　５　５　５　５　５　５　６　６　６　　在变压器厂油试验室，按照电力用油取样方法和仪　器口雅荐的方法取样，叭　∞　”　按照变压器油中溶解气体分析和　判断导则【ｎ　ｎ　　擗的试验方法和仪器进行油中氢气测定。Ｌ　ｎ　ｎ　Ｌ　０　　试验方法：在６支１００　ｍｌ的玻璃注射器中，分别　罟ｇ拍　盛适量变压器使用的克拉玛依变压器油，分为３份，∞　Ｌ　Ｌ　Ｌ　铝　Ｌ　４　Ｌ　　在样品１和样品２中加入适量的奥氏体不锈钢材料，ｎ　ｎ　　在样品３中不加入奥氏体型不锈钢材料，３份样品在　Ｍ　烘箱温度１００℃和１２０℃下，分别放置５　ｄ和１５　ｄ．冷　一　３　５　％　铝　６　铝　却到室温后，用色谱法分析油中氢气体积分数。　３＿２试验结果及结论　放置５　ｄＮ变压器油，通过气相色谱分析，样品１　检出了４　ＬＪ／Ｌ氢气，样品２检出了５　Ｌ／Ｉ氢气。放置　１５　ｄ后的变压器油，样品１检出了６　ＩＪ／Ｉ氲气，样品２　检出８　ＩｘｌＪＬ￣气。没有放进奥氏体型不锈钢材料的　注射器样品３均检　１　Ｌ／Ｌ氢气。图２为３份油样品氢　气变化图，分析表明，放置奥氏体型不锈钢材料油中　析出了氢气，在不同的温度下增长的趋势基本一致，　不锈钢能催化环烷基变压器油析出氢气。　ｉ　蛙　ｊ】＝萌　放置时间　图２　３份油样品氢气变化图　４变压器油在镍作用下产生裂解的理　论分析　４．１环烷烃的脱氢反应　环烷烃在催化剂和一定温度下，会发生如下的　脱氢反应（芳构化）而产生氢。　催化　——氢气　这个反应的正方向是吸热反应，逆方向是放热　反应。根据物理化学原理，较高的温度有利于环烷烃　脱氢反应的进行，导致环烷基变压器油产生氢气。　ＪＩ　ＳＨＵ　ＪＩＡＯ　ＬＩＵ　ＹＵ　ＹｌＮＧ　ＹＯＮＧ　技术交流与应用　４．２烃类裂解的反应机理　有助于对变压器进行诊断。　烃类裂解时发生的基元反应大部分为自由基反　应　大部分烃类裂解过程包括链引发反应、链增长　（３）由于镍对正构烷烃裂解脱氢的催化作用相　对较弱。裂解需要一定的催化温度。２台变压器同时　出厂．之所以表现出油中氢气积累量不同，可能与安　装过程中变压器油真空过滤的时间长短和２台变压　反应和链终止反应３个阶段。链引发反应是自由基　的产生过程：链增长反应是自由基的转变过程，在这　个过程中一种自由基的消失伴随着另一种自由基的　器运行Ｔ况的差异有关。　产生，反应前后均保持着自由基的存在；链终止是自　由基消亡生成分子的过程。在热的作用下，１个分子　参考文献　中的共价键断裂产生１对自由基，每个分子由于键的　【１］刘枫林，徐魏．石蜡基和环烷基变压器油的性能比较［Ｊ】．　断裂位置不同可有多个可能发生的链引发反应．这　变压器，２００４，４１（７）：２７—３０．　取决于断裂处相关键的键能大小，键能小的反应更　［２］马书杰，张玲俊，杨俊杰．环烷基油在变压器中的应用　易于发生。　变压器，２００５，４２（０３）：２８—３１．　４。３环烷基变压器油的析出氢过程　【３］马书杰，张玲俊．中国石油环烷基变压器油研发的最新进　奥氏体型不锈钢材料中镍是１种加氢和脱氢催　展『Ｊ１＿电力设备，２００５，６（１）：１—１１．　【４］凌愍．变压器用油的析气性问题［Ｊ１．电力设备，２００５，６（１）：　化剂。催化环烷烃脱氢反应（芳构化）产生氢。变压器　１２—１５．　投运初期，油中有较多的环己烷，只有少量的氢，在　［５］徐康健，孟玉婵．浅析互感器油单氢超标的原因与处理　电场和镍的催化作用下，脱氢反应速度大于加氢反　［ｃ］．苏州：第六届中国电机＿丁程学会电厂化学专委会学术　应速度，氢浓度增高。经较长的运行时间后，正逆反　年会．２０００．　应的速度逐渐接近，最后达到了平衡，此时油中氢气　［６］徐康健，李向军，贾务生．多起主变油色谱试验异常案例　浓度升至最大值。随着设备运行时间的增加，合金　的分析ｌ　Ｊ１．变压器，２００６，４３（７）：４３—４６．　表面会逐渐钝化，催化活性减弱，油中氢气浓度缓慢　［７］安宗贵，邓先明，王森．主变压器绝缘油在监测系统的应　下降或趋于稳定　用［Ｊ］．陕西电力，２００７，３５（８）：３０—３３．　［８】方义，苏建国．一起３３０　ｋＶ变压器油色谱异常的分析处理　　ｌＪ１．陕西电力，２００８，３６（１０）：５３—５５．　５结论　［９］赵慧光，杨忠礼．充油变压器氢含量超标的处理【ＪＪ．变压　器，２００９，４６（３）：６９—７２．　（１）环烷基变压器油在奥氏体型不锈钢材料存　［１０］胡云霞，安越，刘凯，等．环己烷催化脱氢反应的动力学研　在下，会析出一定的氢气。温度与氢气的生成有相关　究ｌＪｌ＿太阳能学报，２００９，（５）：６９３—６９８．　性，理论上温度与氢气产生量呈正相关关系。　［１　１］ＤＬ／Ｔ　１０９４－－２００８，电力变压器用绝缘油选用指南［Ｓ］．　（２）镍元素的存在对变压器油裂解具有催化作　［１２］ＧＢ／Ｔ　７５９７－－１９８７，电力用油（变压器油，汽轮机油）取样方　用，是导致变压器油氢气单独异常升高的１个确定因　法【Ｓ］．　素。在变压器油的裂解是否会受到超声波等其他因　［１３］ＧＢ／Ｔ　７２５２－－２００１，变压器油中溶解气体分析和判断导则　素的影响尚无法定论的情况下，认识这一相关性将　【Ｓ】．　（责任编辑张健）　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｈｙｄｒｏｇｅｎ　Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｎａｐｈｔｈｅｎｅ　Ｂ　ａｓｅ　Ｔｒ：ｓｆｏｒｍｅｒ　０ｉｌ１　ｒａｎｓ　ｒｍｅｒ　Ｕ　Ｙｉ—ｅａｎｇ　，ＸＩＮＧ　Ｊｕｎ　，ＷＡＮＧ　Ｈｏｎｇ　，ＨＵＡＮＧ　Ｊｕｎ－ｆｅｎｇ　，ＬＩ　Ｓｈｉ　，ＬＩ　Ｐｅｎｇ　（１．Ｈａｎｚｈｏｎｇ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ　Ｂｕｒｅａｕ，Ｈａｎｚｈｏｎｇ　７２３０００，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｈａａｎｘｉ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，　Ｘｉ’ａｎ　７１００５４，Ｃｈｉｎａ；３．Ｓｈａａｎｘｉ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ．Ｘｉ’ａｎ　７１００４８．Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ａｎｄ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ　ｔｈｅ　ｕｂｉｑｕｉｔｏｕｓ　ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ　ｏｆ　ｈｙｄｒｏｇｅｎ　ｖｏｌｕｍｅ　ｆｒａｃｔｉｏｎ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｗｉｔｈｉｎ　ｎａｐｈｔｈｅｎｅ　ｂａｓｅ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ　ｏｉｌ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃ　ａｎｄ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｔｈｅ　ｒｅａｓｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈｙｄｒｏｇｅｎ　ｖｏｌｕｍｅ　ｆｒａｃｔｉｏｎ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ａｒｅ　ｃｏｎｆｉｒｍｅｄ，ｗｈｉｃｈ　ａｒｅ　ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｔａｉｎｌｅｓｓ　ｓｔｅｅｌ，ａｌｓｏ　ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅｓｅ　ｔｗｏ　ｆａｃｔｏｒｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｈｙｄｒｏｇｅｎ　ｖｏｌｕｍｅ　ｆｒａｃｔｉｏｎ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｉｓ　ｓｔａｔｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｎａｐｈｔｈｅｎｅ　ｂａｓｅ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ　ｏｉｌ；ｓｔａｉｎｌｅｓｓ　ｓｔｅｅｌ；ｈｙｄｒｏｇｅｎ　ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ；ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｇａｓ