220KV主变穿墙套管油色谱氢气超标分析及处理.docVIP

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710×10-6,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1　1#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 2012.4.11 1#主变穿墙套管C相 683 6.2 3.1 20.5 0 29.8 791 1044 11 2012.6.24 1#主变穿墙套管C相 710 6.3 2.6 21.1 0 30 835 1075 10 2.2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+2Fe→3H2+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22.4×3/0.108=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622×10-4%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