谭鹤 曲丹
国网吉林省电力有限公司通化供电公司 吉林省通化市134001
摘要：变压器油是制造电力设备的主要原料之一。除了绝缘、冷却、灭弧等功能外，变压器油作为“信息载体”发挥着重要作用。在变压器制造过程中，通过提取变压器油来判断和研究变压器设备的状态。充油电力设备日常安装和维护的试验指标取决于变压器油的产氢能力。本文介绍了试验材料和方法，分析了影响因素和试验数据，并提出了一些建议。
关键词：变压器油；水分；化工原料；气体解离
近年来，变压器油中氢含量异常，特别是单一制氢问题。本文对变压器油制氢问题进行了系统的研究和分析，特别是变压器油在使用和运行过程中产生氢气的原因。提出了充油电气设备制氢的处理方法及如何有效避免这一问题。
一、试验材料与方法
1.试验材料：各种变压器油、化学绝缘材料、注射器、玻璃瓶、气相色谱检测器、培养箱、布鲁克红外光谱
2.检查外观。（1）GB/T 17623-2017绝缘油中溶解气体的测定气相色谱法。（2）ASTM d3455-2011材料与石油基电绝缘油相容性的标准试验方法（3）ASTM d7150-2013测定热应力下绝缘液体分离特性的标准试验方法。标准试验方法。
二、原因分析、验证性试验及试验室数据
1.水分的影响。由于变压器油中水分对制氢的影响，国内外对变压器油水分对制氢的影响进行了大量的研究，并取得了一系列研究成果。针对水因素引起的析氢问题，控制变压器油的含水率指标是不可避免的。变压器本体总含水量的99%存在于固体绝缘纤维中，而变压器油中的含水量小于1%。由于纤维素在水中具有很高的亲和力，当温度超过80℃时，固体绝缘体的湿度才从绝缘层表面排出并溶解在油中。当温度下降时，绝缘层就被吸收了。在70℃时，变压器的含油量和含水量变化不大。
2.化学物质因素。参考ASTM D 3455-2011《建筑材料与石油基电绝缘油相容性的标准试验方法》，以研究化学材料因素是否单独导致氢气生成。通过对不同种类的化学绝缘材料的选择，发现有些材料由于质量或工艺原因，会将氢气释放到变压器油中。由于本文篇幅有限，选取具有代表性的实验数据如下。（1）垫片。表1显示了垫片相容性试验后的试验数据。
表1垫片相容性试验后检测数据
相容性试验后，根据试验指标，垫片相容性试验不合格，但不会产生大量氢气，即相容性试验中不合格的材料不会产生氢气。由于氢含量低，试验后需增加溶解气体分析项目。2）层压木。表2由层木的相容性试验数据得出的试验指标。可以测试层合板的相容性指数。然而，溶解气体含量分析表明，层压木材产生了大量的氢气，这说明化学物质产生了大量的氢气。
表2层压木相容性试验后检测数据
3.变压器油的影响。（1）本文采用ASTM d7150-2013热应力测量方法。本文的主要研究方法是研究变压器油中是否存在氢离解。为了缩短检测时间，本文采用了检测要求的检测方法。将变压器油样注入玻璃注射器，并对杯盖进行加密。然而，检测时间从164小时缩短到72小时。（2）研究变压器油本身是否会产生氢气。随机选取不同油基、型号和生产厂家的变压器油，在相同条件下（相同试验条件、相同抗氧化剂含量）进行气体离解试验。试验数据见表3。
表3变压器油的气体解离试验检测数据
由表3可知，变压器油A在温升条件下产氢量大，变压器油C产氢量小。变压器油B和D不产氢，说明不同变压器油在温升下的产氢量不同。变压器油直接指示在一定条件下，氢可以自己产生。变压器油制氢的原因是不稳定的。目前，变压器油基础油的生产工艺为加氢精制工艺，是石油产品最重要的精制方法之一。但不同炼厂的加氢压力、催化剂活性、原油类型和工艺差异也会影响工艺，且每批基础油的稳定性不一致。在变压器油生产过程中，如果基础油不稳定，基础油的不稳定性将直接导致基础油的变化压缩机油的不稳定性容易受到温度、氧气、金属等因素的影响，导致氢气分解。进一步验证了稳定性是变压器油制氢的原因。为了进一步验证变压器油中制氢的原因是稳定性，在三种变压器油气中加入不同含量的抗氧剂T501进行分离试验。从以上数据可以看出，添加抗氧剂是提高变压器油稳定性的途径之一。不同抗氧剂含量的变压器油稳定性不一致，试验产生的氢气含量也不一致。变压器油越稳定，氢含量越低。添加抗氧化剂来改善变压器油的稳定性和抑制氢气的形成在任何情况下都不是一个有效的方法。如果变压器油基础油的稳定性较差，标准规定的最大抗氧剂用量不能解决变压器油本身的制氢问题。在抗氧剂含量相同的情况下，试验后变压器油A、B、C的含氢量不同。同一加氢工艺生产的基础油越稳定，变压器油越稳定。
4.影响变压器油制氢的其他因素。(1)为了进一步探究变压器油中是否存在其他因素导致变压器油产氢，在混合油试验后选择变压器油E和变压器油F进行气体解离试验。具体数据见表4。(2)混合油和处理后的油样的气体解离数据见表4。从表中可以看出，两种油分别进行气体解离试验时，氢含量为73.7 L/L。处理后的结果变化很大，不产生氢气。这表明，在油中还有其他物质导致变压器油单独产生氢气。(3)利用Bruker红外光谱仪分析油混合处理前后的变化，探讨是什么物质引起的压缩机油的红外扫描光谱读取及光谱对比分析如图1所示。(4)图1为混合油处理前后变压器油E和变压器油F的红外光谱。1460cm-1和1450cm-11380cm-1处谱峰变化明显。两种变压器油混合后，特殊物质相互作用产生特征峰比物质，使其在高温下产生氢气。经过特殊处理后，变压器油的性能发生了变化，有效地降低了特定物质的含量，提高了变压器油的性能，从根本上抑制了变压器油的产氢。
表4混油以及处理后油样气体解离数据
图1红外扫描读谱及谱图对比分析
四、建议
1.在一段时间内，所有的化学物质都在水和变压器的水和溶液中释放出来。当变压器油中的氢含量达到一定值时，可以通过真空过滤除去。但是，如果未经真空处理，氢气含量达到一定值，残留的氢气仍会释放到变压器油中。
2.在水分系数上，可以控制充油电力设备的含水率，特别是在梅雨季节，可以避免绝缘固体受潮引起的绝缘材料受潮问题，避免受潮引起的制氢问题。
3.化学绝缘材料、新型化学绝缘材料及各种化学绝缘材料在使用过程中，应随时进行材料的相容性试验，并在使用过程中严格遵守化学绝缘材料的规定，以避免氢气生成的化学因素造成。
4.对于变压器油，可以在使用变压器油前进行气体离解试验。根据研究结果，可以提前预测、发现和预防问题。如果用于充油电气设备，这个问题可以通过更换变压器油来解决。针对变压器油一次制氢存在的问题，通过试验找出问题的根本原因，并根据具体情况制定处理方案。
变压器油中氢问题的主要原因是水、化学绝缘材料和变压器油本身。通过加强工艺和材料质量控制，可以有效地控制保温材料的防潮和化学问题。变压器油本身的稳定性是制氢过程中的主要问题之一。适当增加变压器油中抗氧剂的含量，选择稳定性强的变压器油，可以控制变压器油稳定性引起的制氢问题。对于变压器油中的其他物质，如变压器油中1460cm-11450cm-1和1380cm-1峰值比，可采用特殊工艺从根本上抑制变压器油制氢。
参考文献：
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