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2023-11-02
互感器油中氢气来源的相关规律性分析
【摘要】：再者目前尚未找到该类型互感器油中氢气含量高低与油中含水量高低的相关规律性。因此可以认为密封式互感器油中氢气含量偏高,不太可能是由于受潮引起的。当有疑问时,可通过对油中水分含量的测定来判断互感器内部的受潮程度以甄别氢气的来源。综上所述,大量的互感器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,而这个反应在运行的互感器中确是有条件发生的。
互感器油中最有可能产生氢气的途径有4条,分述如下:
1.水分的电解及与铁的化学反应
油中存在水分时,在电场作用下,水可发生电解产生氢气
水分也可与铁发生反应放出氢气
装有金属膨胀器的互感器内部一般都保持微正压状态,而且设备密封性能优良,所以,很少有内部受潮情况的发生。再者目前尚未找到该类型互感器油中氢气含量高低与油中含水量高低的相关规律性。表2-15 列出了部分油中氢气含量较高的密封式互感器气相色谱分析结果及其油中的含水量。
表2-15 部分油中氢气含量较高的密封式互感器气相色谱分析结果(×10-6)
由表中数据可见,油中氢气含量的多少与含水量并无直接关系。因此可以认为密封式互感器油中氢气含量偏高,不太可能是由于受潮引起的。当有疑问时,可通过对油中水分含量的测定来判断互感器内部的受潮程度以甄别氢气的来源。
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。有机物在高温下被分解称为热解,烷烃的热解称为裂化。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正是以此为依据的。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,同时必然会伴随着一些气态烃的产生,如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等。由此可以断定,油中只有氢气含量高,而其他特征气体又很低的情况,不可能是由设备内部故障引起的。
3.环己烷的脱氢反应
环烷烃是石油 (也是变压器油)的主要成分之一。环烷烃中有一种环己烷,它在石油中的含量约在0.5%～1%之间,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。环己烷在某些条件下(如催化剂、温度等)会发生脱氢反应 (芳构化)
常用的催化剂往往也是加氢催化剂,故反应是一平衡体系。正方向是吸热反应,逆方向是放热反应。在常温并有较多氢气存在时,平衡向左移动,有利于环己烷的生成;提高温度,同时体系中没有或只有少许氢气平衡向右移动,有利于氢和苯的生成。
在正反应中,1mol环己烷可生成3mol氢。1mol氢气在标准状态下的体积是22.4L,1mol环己烷的体积为
生成物氢与反应物环己烷的体积之比为
即当油中含有百万分之一的环己烷并参加脱氢反应,就可产生622×10-4%的氢气。可见,这个反应若能在互感器的油中发生,只要油中存在极少的环己烷,就会出现氢浓度高的现象。而从现在的分析方法中,只能发现氢浓度的变化,无法知道其他反应物浓度的变化。
4.绝缘清漆在高电场中裂解
东北某变电所的B 相LCWB7—220 型电流互感器在预防性试验中发现氢气含量明显增加,并且严重超出DL/T 596—1996规定的注意值。经综合分析,确定是未干燥彻底的绝缘清漆在高电场的作用下发生裂解,产生出大量的氢气和甲烷溶解在绝缘油中,从而使色谱数据出现异常。吊芯检查发现储油柜内壁有漆流,胶垫压紧周边漆膜明显凸起,并且胶垫被油漆粘住,证明漆膜干燥不彻底。厂家也通过模拟试验证实上述分析结果。
综上所述,大量的互感器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,而这个反应在运行的互感器中确是有条件发生的。这是因为金属膨胀器的主要构件用不锈钢合金 (1Cr18Ni9Ti)制成,合金中的镍是一种著名的加氢、脱氢催化剂。实验表明,在环己烷脱氢制苯的反应中,镍具有双向催化功能,在正逆两个方向的反应中都能起催化作用。
设备投运初期,油中有较多的环己烷,而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。经很长的运行时间后,正逆反应速度逐渐接近,最后达到平衡,此时油中氢气浓度升至最大值。以后,随着设备运行时间的增长,合金表面会逐渐钝化,催化活性减弱,不利于在常温条件下正反应的进行,使平衡向左移动,即加氢反应速度大于脱氢反应速度,形成油中氢气浓度呈缓慢下降趋势。这就解释了图2-71所示的互感器油中氢气含量变化规律。
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