小型油浸式變壓器的生產(chǎn)一般包括器身的搭接緊固、油箱組裝、注入變壓器油、檢驗(yàn)出廠等幾個(gè)步驟。未投產(chǎn)的變壓器經(jīng)常出現(xiàn)變壓器油中單氫含量超標(biāo)的現(xiàn)象，是一種普遍的多發(fā)性故障。本文針對我廠一起該類型故障進(jìn)行機(jī)理探索，為優(yōu)化變壓器生產(chǎn)工藝提供依據(jù)。

1 故障描述

2021年7月我廠一批35kV變壓器在出廠檢測中發(fā)現(xiàn)，變壓器油（克拉瑪依煉油廠生產(chǎn)45號變壓器油，后文中簡稱為變壓器油）中單氫體積分?jǐn)?shù)由0.68∫L/L增長到22～25∫L/L之間，盡管未超過行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 722—2014中規(guī)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(nèi)頂空的氣體進(jìn)行測試，氫氣體積分?jǐn)?shù)最高接近100∫L/L，根據(jù)奧斯特瓦爾德系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，油中氫氣的分壓遠(yuǎn)大于頂空中的氣體分壓，說明氫氣是從油中產(chǎn)生，且還未達(dá)到溶解平衡。不合格變壓器油色譜檢測結(jié)果見表1，檢測結(jié)果是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17623—2017中的方法采用河南中分儀器測得，后續(xù)測試全部使用此條件。

表1 不合格變壓器油色譜檢測結(jié)果

2 產(chǎn)氫來源的調(diào)查

通過對工藝流程進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)氫氣是在低溫（＜70℃、短時(shí)間（＜24h）、未通電的情況下產(chǎn)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(jìn)行調(diào)查。

2.1 器身

經(jīng)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(jié)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(lán)蓋瓶中（100mL，上蓋有圓形孔，內(nèi)部有硅膠密封墊片），在烘箱中加熱模擬變壓器產(chǎn)氫的實(shí)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(xù)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)均為此溫度）。變壓器油溫升試驗(yàn)結(jié)果見表2，試驗(yàn)結(jié)果顯示有微量氫氣產(chǎn)生，速度緩慢，可排除變壓器油帶來的影響。

圖1 實(shí)驗(yàn)所用的藍(lán)蓋瓶與硅膠密封墊

表2 變壓器油溫升試驗(yàn)結(jié)果

2.3 油箱

因油箱的生產(chǎn)工藝較為復(fù)雜，因此深入江蘇某油箱廠進(jìn)行實(shí)地調(diào)研，發(fā)現(xiàn)問題如下：

1）油箱生產(chǎn)時(shí)間為夏季，氣溫高，濕度大（大部分時(shí)間在90%左右），這導(dǎo)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(diǎn)時(shí)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(dǎo)致產(chǎn)氫，選擇構(gòu)成箱體與波紋片的金屬片（光滑）、作為箱體內(nèi)部涂層的油漆和箱體外部噴刷的聚酯涂料作為樣品進(jìn)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(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

對變壓器產(chǎn)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(jié)果判斷導(dǎo)致氫氣產(chǎn)生的關(guān)鍵因素。樣品編號與處理方案見表3，實(shí)驗(yàn)結(jié)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(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7252—2001中規(guī)定，油色譜對氫氣的檢出限為2∫L/L，保證氫氣檢測的準(zhǔn)確性。

表3 樣品編號及處理方案

表4 產(chǎn)氫模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 防銹油漆

油漆為江蘇（南京）長江涂料有限公司生產(chǎn)的丙烯酸/氨基類漆，產(chǎn)品經(jīng)過SGS青島實(shí)驗(yàn)室根據(jù)GB/T 6743—2008方法進(jìn)行測定，其酸值為7，含有微量的游離氫，但從2、4和6號數(shù)據(jù)來看，沒有引起氫含量的增加。烘干前、后表面油漆狀態(tài)的對比如圖2所示。

圖2 烘干前、后表面油漆狀態(tài)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(chǎn)的純聚酯有機(jī)聚合物粉末，在水與變壓器油中均不溶解，從3、5和6號數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)對比來看，油中含有微水的情況下，氫氣的產(chǎn)生量有了3～4倍的提升，而從7號與10號的數(shù)據(jù)對比來看，氫氣的產(chǎn)生速度與油中水的濃度呈正相關(guān)，這說明油中的水分是導(dǎo)致油中氫濃度異常的主要原因。

4 故障診斷與工藝優(yōu)化

通過實(shí)驗(yàn)確定了油中含有大量水分是導(dǎo)致變壓器產(chǎn)氫的關(guān)鍵因素后，對本例產(chǎn)品中的水分進(jìn)行溯源，發(fā)現(xiàn)水分來自油箱中，具體原因如下：由于油箱生產(chǎn)使用的金屬表面防銹油沒有去除，導(dǎo)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(chǎn)生裸露的金屬表面和微小的縫隙（見圖2）。周圍潮濕的環(huán)境使金屬表面吸附和留存了大量的水分，從而導(dǎo)致變壓器油中產(chǎn)氫氣含量異常。

根據(jù)對變壓器產(chǎn)氫機(jī)理的解析，對變壓器生產(chǎn)工藝做出如下調(diào)整：

1）通知油箱生產(chǎn)廠家，增加上漆前的除油除銹步驟，增強(qiáng)油漆與油箱的附著力，增加保護(hù)力。

2）油箱運(yùn)至工廠后，應(yīng)在使用前進(jìn)行一段時(shí)間的真空加熱，除去內(nèi)部附著的水與氫氣，使其在注油前保持干燥。

經(jīng)過工藝優(yōu)化，變壓器油中氫氣的體積分?jǐn)?shù)降低到10∫L/L以下，達(dá)到出廠標(biāo)準(zhǔn)且滿足用戶需求。

5 結(jié)論

在與多個(gè)變壓器生產(chǎn)企業(yè)溝通的過程中發(fā)現(xiàn)，未投運(yùn)變壓器一次性少量產(chǎn)氫是一個(gè)長期困擾生產(chǎn)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(gè)解決思路，通過真空加熱、熱油循環(huán)等方式降低變壓器含水量是應(yīng)對產(chǎn)氫故障的有效方法，通過對投運(yùn)前設(shè)備的認(rèn)真測試，可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低產(chǎn)品故障率。

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