220KV主变穿墙套管油色谱氢气超标分析及处理

220KV主变穿墙套管油色谱氢气超标分析及处理上海上电电力工程有限公司外一项目部陈毅峰摘 要：外高桥一厂1#机组主变220KV穿墙套管为CRW2-220/1250-4由西安高压电瓷厂1993-1995年生产,1994-1996年投运至今. 近年来，穿墙套管油中氢含量上升明显，特别是#1主变220KV C相穿墙套管氢含量达到71010-6,除油中的氢含量超标外，其它特征气体都很少或为零，且水分含量也均在合格范围内，为保证设备的安全运行，必须查明原因结合检修消除此缺陷，以防故障扩大，影响设备正常投运。关键词：氢气跟踪试验 换油 抽真空1设备简介1#机组主变220KV穿墙套管为1#机主变与220KV升压站的重要连接部件，一旦由于穿墙套管的缺陷长期未解决，造成扩大事故，后果将不堪设想。此穿墙套管为单纯的氢气超标，且水分含量也均在合格范围内，故可排除油中的氢气是由于水分电解或设备内部故障所产生。 2.缺陷分析 2.1近期的油质气相色谱试验报告：表11#主变穿墙套管C相油质气相色谱试验报告:采样日期设备名称氢甲烷乙烷乙烯乙炔总烃一氧化碳二氧化碳水2012.4.111#主变穿墙套管C相6836.23.120.5029.87911044112012.6.241#主变穿墙套管C相7106.32.621.10308351075102.2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，分述如下：2.2.1水分的电解及与铁的化学反应一般说来，当油中存在水分时，在电场的作用下，水分将发生电解产生氢气：水分也可与铁发生反应放出氢气：3H2O+2Fe3H2+Fe2O3但是，由于穿墙套管内部一般都保持微正压状态，而且设备密封性能优良，很少有可能内部受潮。同时，由数据可见，油中氢气含量与油中含水量并无直接关系，因此可以认为套管油中氢气含量偏高，不太可能是由于受潮而引起的。2.2.2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最差。这些有机物在高温下会发生裂化。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即是以此为依据。由于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，必然会伴随一些气态烃的产生，如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等，而本事例的油中只有氢气含量高，其它特征气体很低，由此可以断定，不可能是由设备内部故障所引起的。2.2.3 环己烷的脱氢反应环己烷是石油(也是变压器油)的主要成份之一。环烷烃中有一种环己烷，它在石油中的含量约为0.5%-1%，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，其中也可包括环己烷。这样，在某些条件(如催化剂，温度等)下，就可能因它发生脱氢反应(芳构化)而产生氢。常用的催化剂往往也是加氢催化剂，故催化反应常是一平衡体系。正方向是吸热反应，逆方向是放热反应。在常温下并有较多氢气存在时，平衡向左移动，有利于环己烷的生成；温度提高，同时体系中没有或只有少许氢气时，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氢气。1mol氢气在标准状态下的体积是22.4L，1mol环己烷的体积为：1mol环己烷重量/环己烷密度=环己烷分子量/环己烷密度=84/0.78=108Ml=0.108L生成物氢与反应物环己烷的体积之比为22.43/0.108=622即当油中含有百万分之一的环己烷并参加脱氢反应时，就可产生62210-4%的氢气。可见，如果这一反应能在穿墙套管油中发生，只要油中存在极少的环己烷，就可能出现氢浓度高的现象。综上所述，穿墙套管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。而且，这个反应在运行的穿墙套管中也确是有条件发生，这是因为，穿墙套管的构件中有不锈钢合金部件，合金中镍是一种著名的加氢和脱氢催化剂。在环己烷脱氢制苯反应中，镍具有双向催化功能，在正逆两个方向的反应中它都能起催化作用。穿墙套管油中氢浓度的增高过程可以设想如下：在设备投运初期，油中有较多的环己烷，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，氢浓度增高。经较长的运行时间后，正逆反应的速度逐渐接近，最后达到了平衡，此时油中氢气浓度升至最大值。 3.处理方法:3.1跟踪试验对油中出现的单纯氢气超标而水分含量又在合格范围内的情况，可进行一段时间的跟踪试验。跟踪试验项目应为色谱分析和微水分析。因设备内部并无故障，故不应归入有绝缘缺陷之列。 3.2换油更换穿墙套管油这一处理方法的优点是简单，但如更换后的油中含有较多的环己烷，尽管当时油中氢浓度很低，但随着穿墙套管的投入运行，油中的脱氢反应不断进行，氢气浓度将逐渐还会上升。套管如需要换新油（油质符合GB 766587标准:耐压50 k V , 介质损率耗0.5 %,微水15ppm）时，把套管内部的油放净; 关闭进油阀, 开启真空泵抽真空, 启动真空滤油机投入两组加热器把油加热至60 , 真空表指示达到133Pa时拧开进油阀, 注满油为止, 真空泵连续再抽l h 真空, 而后关闭真空阀门, 停止真空泵; 拧下进油嘴把油放净。第一次冲洗完毕后, 用相同的方法再冲洗一次。套管二次冲洗后, 关闭进油阀, 开启真空泵在真空度达到133Pa时, 再继续抽4h 。开启真空滤油机, 投入加热器把油加热至60 ,拧开进油阀注入套管1 /3 油量, 关闭进油阀, 真空泵再抽2h , 再注1 / 3 油量, 尔后用相同方法, 又注1 /3油量(分三次注油是避免套管内死角处存有气体)当注至小油箱的油位线时, 关闭进油阀, 再抽4H真空可。时间标准按照表1。表1 抽真空时的时间要求 3.3真空脱气即是利用设备停电检修期间，从穿墙套管的放油阀充入干燥的氮气(压力为0.4Mpa)，因为穿墙套管的上部有一定的空间，这样，当氮气穿过油向上运动时便呈现一类似水开沸腾的现象，加速油中的气体(主要是氢气)从油内部跑出，然后，再将真空橡胶管接到穿墙套管的加油阀上，用真空泵抽真空数小时即可。为此所用的设备和连接方法见附图。 3.4套管运行前要按照下列程序进行预防性试验：套管的试验项目和要求序号项 目要 求1主绝缘及电容型套管末屏对地绝缘电阻1）主绝缘的绝缘电阻不应低于10000M2）末屏对地的绝缘电阻不应低于1000M2主绝缘及电容型套管对地末屏tg与电容量20时的tg（%）值比应大于下表数值：油纸电容型0.82）当电容型套管末屏对地绝缘电阻小于1000M,应测量末屏对地的tg，其值不大于2%3）电容型套管的电容值与出厂值或上一次试验值的差别超出5%时，应查明原因3油中溶解气体色谱分析油中溶解气体组合含量（体积分数）超出下列任一值时应引起注意：H2 50010-6CH4 10010-6C2H2 210-6 （110KV及以下） 110-6 （220-500KV）微水 15ppm以下4.结束语1. 对 穿墙套管油中氢气超标可能发生的原因及分析处理方法进行了详细的了解和学习，并将图纸、表格、文字资料进行了总结归纳。2.处理穿墙套管单纯的氢气超标采用本方法简便易行。以节省人力、物力，取得较为满意的效果。