小型油浸式變壓器的生產一般包括器身的搭接緊固、油箱組裝、注入變壓器油、檢驗出廠等幾個步驟。未投產的變壓器經常出現變壓器油中單氫含量超標的現象，是一種普遍的多發性故障。本文針對我廠一起該類型故障進行機理探索，為優化變壓器生產工藝提供依據。

1 故障描述

2021年7月我廠一批35kV變壓器在出廠檢測中發現，變壓器油（克拉瑪依煉油廠生產45號變壓器油，后文中簡稱為變壓器油）中單氫體積分數由0.68∫L/L增長到22～25∫L/L之間，盡管未超過行業標準DL/T 722—2014中規定的30∫L/L，但仍值得重視。

由于變壓器油面與上蓋之間有氣隙，故從繼電器抽取油箱內頂空的氣體進行測試，氫氣體積分數最高接近100∫L/L，根據奧斯特瓦爾德系數進行計算，油中氫氣的分壓遠大于頂空中的氣體分壓，說明氫氣是從油中產生，且還未達到溶解平衡。不合格變壓器油色譜檢測結果見表1，檢測結果是根據標準GB/T 17623—2017中的方法采用河南中分儀器測得，后續測試全部使用此條件。

表1 不合格變壓器油色譜檢測結果

2 產氫來源的調查

通過對工藝流程進行排查，發現氫氣是在低溫（＜70℃、短時間（＜24h）、未通電的情況下產生的，可以排除局部放電、氧化催化裂解、水分電解等因素，因此以變壓器組件為對象進行調查。

2.1 器身

經過排油和拆卸，器身外觀完整無缺陷，更換油箱和變壓器油重新組裝后，測試結果正常，因此排除器身的影響。

2.2 變壓器油

將80mL變壓器油裝入如圖1所示的密封藍蓋瓶中（100mL，上蓋有圓形孔，內部有硅膠密封墊片），在烘箱中加熱模擬變壓器產氫的實際過程，冷卻后測定油中與頂空中的氫氣濃度（加熱溫度為80℃，后續驗證實驗均為此溫度）。變壓器油溫升試驗結果見表2，試驗結果顯示有微量氫氣產生，速度緩慢，可排除變壓器油帶來的影響。

圖1 實驗所用的藍蓋瓶與硅膠密封墊

表2 變壓器油溫升試驗結果

2.3 油箱

因油箱的生產工藝較為復雜，因此深入江蘇某油箱廠進行實地調研，發現問題如下：

1）油箱生產時間為夏季，氣溫高，濕度大（大部分時間在90%左右），這導致金屬容易生銹。

2）為了避免銹蝕，鐵板表面的防銹油沒有清洗工藝。

3）油箱測試漏水點時使用含5%亞硝酸鈉的水溶液，雖然還原性的亞硝酸鈉減緩了鐵的生銹過程，但在隨后的晾干過程中，仍然無法完全避免生銹。

為了測試是哪些原料導致產氫，選擇構成箱體與波紋片的金屬片（光滑）、作為箱體內部涂層的油漆和箱體外部噴刷的聚酯涂料作為樣品進行測試。其中金屬片剪切為1cm2的小塊作為基底，部分樣品涂抹油漆與聚酯涂料作為對照品。

3 實驗與結果分析

對變壓器產氫過程的模擬需要綜合考慮箱體材料、變壓器油和水分、溫度等條件，因此把不同樣品浸入變壓器油中，80℃加熱8h后測試油中氫氣含量，通過對比測試結果判斷導致氫氣產生的關鍵因素。樣品編號與處理方案見表3，實驗結果見表4（無編號樣品為克煉廠45號新油未加熱樣品，對照樣品為加熱樣品）。根據國家標準GB/T 7252—2001中規定，油色譜對氫氣的檢出限為2∫L/L，保證氫氣檢測的準確性。

表3 樣品編號及處理方案

表4 產氫模擬實驗結果

3.1 防銹油漆

油漆為江蘇（南京）長江涂料有限公司生產的丙烯酸/氨基類漆，產品經過SGS青島實驗室根據GB/T 6743—2008方法進行測定，其酸值為7，含有微量的游離氫，但從2、4和6號數據來看，沒有引起氫含量的增加。烘干前、后表面油漆狀態的對比如圖2所示。

圖2 烘干前、后表面油漆狀態的對比

3.2 聚酯涂料

涂料為湖南麗澤新材料有限公司生產的純聚酯有機聚合物粉末，在水與變壓器油中均不溶解，從3、5和6號數據來看，氫氣含量沒有增加反而降低。

3.3 水分

從7、8、9號與1、4、6號的數據對比來看，油中含有微水的情況下，氫氣的產生量有了3～4倍的提升，而從7號與10號的數據對比來看，氫氣的產生速度與油中水的濃度呈正相關，這說明油中的水分是導致油中氫濃度異常的主要原因。

4 故障診斷與工藝優化

通過實驗確定了油中含有大量水分是導致變壓器產氫的關鍵因素后，對本例產品中的水分進行溯源，發現水分來自油箱中，具體原因如下：由于油箱生產使用的金屬表面防銹油沒有去除，導致涂覆的油漆與金屬之間附著力較差，在加熱工藝處理后引起部分油漆脫落產生裸露的金屬表面和微小的縫隙（見圖2）。周圍潮濕的環境使金屬表面吸附和留存了大量的水分，從而導致變壓器油中產氫氣含量異常。

根據對變壓器產氫機理的解析，對變壓器生產工藝做出如下調整：

1）通知油箱生產廠家，增加上漆前的除油除銹步驟，增強油漆與油箱的附著力，增加保護力。

2）油箱運至工廠后，應在使用前進行一段時間的真空加熱，除去內部附著的水與氫氣，使其在注油前保持干燥。

經過工藝優化，變壓器油中氫氣的體積分數降低到10∫L/L以下，達到出廠標準且滿足用戶需求。

5 結論

在與多個變壓器生產企業溝通的過程中發現，未投運變壓器一次性少量產氫是一個長期困擾生產者的頑固性問題，雖然各單位的問題不完全一致，但本文提供了一個解決思路，通過真空加熱、熱油循環等方式降低變壓器含水量是應對產氫故障的有效方法，通過對投運前設備的認真測試，可以提高產品質量，降低產品故障率。

本文編自2022年第5期《電氣技術》，論文標題為“一起未投產變壓器故障的機理解析”，作者為劉偉、王鐘穎 等。