變壓器無論是熱故障還是電故障，都會(huì)導(dǎo)致絕緣介質(zhì)裂解產(chǎn)生一些特征氣體。由于碳?xì)滏I之間的鏈能低，在絕緣介質(zhì)的分解過程中，一般會(huì)生成氫氣，氫氣也是各種故障氣體的主要成分之一。
1.變壓器油中氫氣含量升高的危害
氫氣與油中溶解的空氣混合以溶解狀態(tài)或懸浮狀態(tài)存在于變壓器油中。當(dāng)運(yùn)行條件，如油溫或油壓發(fā)生變化時(shí)，氫氣便會(huì)以微小氣泡的形式從油中析出，在狹長(zhǎng)的縫隙中逐漸積聚并附著在絕緣表面上，這就形成了氣泡性電暈放電的條件。這種放電若發(fā)生在導(dǎo)線絕緣和墊塊之間或?qū)Ь€絕緣和撐條的縫隙處，造成的危害就更大。
2.變壓器油中產(chǎn)生氫氣的原因
2.1 變壓器油在電磁場(chǎng)作用下的分解
一般情況下，110kV及以下電網(wǎng)中的變壓器所用的變壓器油都是25號(hào)變壓器油，屬于石蠟基油。石蠟基油中烷烴比例較大，烷烴類油化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，抗氧化性能好，但是耐熱性能較差，尤其在電場(chǎng)作用下容易發(fā)生脫氫反應(yīng)。
2.2 水分對(duì)變壓器油的影響
通常變壓器油中的水分主要是由于變壓器受潮產(chǎn)生水引起的。因?yàn)樗肿訛閺?qiáng)極性，在電場(chǎng)作用下水分子發(fā)生極化而形成偶極子，并按電場(chǎng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)而形成泄露電流較大的水橋，進(jìn)而引起水分子汽化而生成氣泡。在電場(chǎng)作用下，氣泡又形成氣體小橋，氣泡的介電常數(shù)小于油的介電常數(shù)，此時(shí)氣泡承受的電場(chǎng)強(qiáng)度更高，引起電暈放電，致使氣體水分子首先被電離生成氫氣和氧氣。
紙絕緣干燥不徹底或空氣中水分侵入等原因也會(huì)引起氫氣的產(chǎn)生，這是因?yàn)橛徒埥^緣放電的起始場(chǎng)強(qiáng)隨著固體絕緣的干燥程度而增加。
2.3 金屬促進(jìn)變壓器油脫氫反應(yīng)
由于變壓器中使用了一部分不銹鋼材料，在變壓器油逐漸氧化過程中，不銹鋼材料中的鎳分子會(huì)促進(jìn)變壓器油產(chǎn)生脫氫反應(yīng)。一種固體要成為催化劑，能夠吸附反應(yīng)物是一個(gè)基本條件。催化作用過程中，物理吸附能顯著降低其后進(jìn)行的化學(xué)吸附的活化能。在同時(shí)，變壓器油是烴類化合物。由于烴分子熱解或氧分子的碰撞產(chǎn)生了游離基R，R與氧分子的自由價(jià)結(jié)合，生成過氧化自由基R+O2—>ROO，然后ROO再和油中的新烴分子結(jié)合產(chǎn)生新的自由基。在這個(gè)過程中，鐵、銅等金屬能夠加強(qiáng)油的氧化反應(yīng)作用。由于它們具有可變的原子價(jià)，促使過氧化物分解，起著氧化反應(yīng)催化劑的作用，同時(shí)產(chǎn)生大量的氫氣。
2.4 變壓器油的析氣性
變壓器油析氣性是指變壓器油在電場(chǎng)和電離的作用下會(huì)產(chǎn)生放氣或吸氣的現(xiàn)象。油品析氣現(xiàn)象的產(chǎn)生，是因?yàn)槿芙庥谟椭械臍馀?，在高電?chǎng)強(qiáng)度的作用下，發(fā)生游離而形成高能量的電子或離子。這些高能量粒子對(duì)油分子產(chǎn)生劇烈碰撞使油分子的C-H或部分C-C鏈斷裂，產(chǎn)生活潑氫及活性烴基基團(tuán)，通過活潑氫對(duì)烴分子的作用，產(chǎn)生吸氣或放氣現(xiàn)象。
2.5 絕緣材料中吸附的氫氣釋放
在變壓器干燥、浸漬、高電壓試驗(yàn)等熱和電的作用下，絕緣材料分解產(chǎn)生氫氣、烴類氣體，這些氣體吸附于多孔性而且較厚的固體絕緣纖維材料中，短期內(nèi)難以釋放到油中去。由于變壓器絕緣材料使用得較多，絕緣層內(nèi)部吸附的氣體完全釋放于油中所需時(shí)間較長(zhǎng)，因而出廠試驗(yàn)時(shí)油和紙中氣體尚未達(dá)到溶解平衡，氫氣含量偏低。經(jīng)過一段時(shí)間后，變壓器到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收時(shí)，氫氣含量偏低。經(jīng)過一段時(shí)間后，變壓器到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收時(shí)，紙中所吸附的氣體逐漸釋放出來，所以油中溶解的氣體，尤其是氫氣含量明顯升高。
同時(shí)，一些金屬材料如碳素鋼和不銹鋼等也可促進(jìn)變壓器油發(fā)生脫氫反應(yīng)，從而使氫氣釋放到變壓器油中，造成油中氫氣含量增高。這就是變壓器在投運(yùn)前含有一些特征氣體的原因。
3.變壓器油中氫氣含量增高的防范
3.1 變壓器內(nèi)部裸露的金屬，如銅、鐵及不銹鋼材料，在其表面必須覆蓋絕緣漆，以防止與變壓器油中水分反應(yīng)或作為催化劑加速變壓器油的氫化裂解。而且，金屬材料的所有表面絕緣漆必須徹底固化后，才能進(jìn)行油箱注油。
3.2 嚴(yán)格執(zhí)行變壓器工藝規(guī)程，盡量降低變壓器絕緣材料的含水量。在變壓器出廠整理時(shí)，盡量縮短其暴露在空氣中的時(shí)間，以防止水分的侵入，避免水分在電場(chǎng)作用下的電離。
3.3 在確認(rèn)變壓器內(nèi)部沒有故障點(diǎn)的情況下，處理油中氫氣含量異常增高通常有兩種方法：一種方法是采用現(xiàn)場(chǎng)換油，采用此方法處理后的變壓器油除氫較為徹底，但是成本較高；第二種方法是采用熱油循環(huán)或真空分離方法。
4.案例
2006年底南通美亞熱電有限公司擴(kuò)建（B）工程中的新安裝的主變壓器，為一臺(tái)110kV雙繞組油浸風(fēng)冷升壓變壓器，SF9-8000/110。在變壓器首次送電前的氣相色譜試驗(yàn)報(bào)告中顯示，油樣中氫氣含量為15uL/L，不符合電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T722-2000中對(duì)出廠和新投運(yùn)設(shè)備氣體含量的要求（氫氣<10uL/L），其余各項(xiàng)指標(biāo)均符合要求。
氫氣的微量超標(biāo)，可能是變壓器絕緣材料中的氫氣在出廠后逐漸釋放到變壓器油中造成的，也有可能是變壓器運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后，注入的補(bǔ)充油中氣體含量不合格造成的。由于氫氣含量很低，決定用真空濾油機(jī)在變壓器本體進(jìn)行循環(huán)，濾油機(jī)是向當(dāng)?shù)毓╇娋纸栌玫?。在油循環(huán)進(jìn)行了兩天以后，檢測(cè)報(bào)告顯示除氫氣嚴(yán)重超標(biāo)以外，還出現(xiàn)了大量超標(biāo)的甲烷、乙炔等氣體。又循環(huán)了一天再取樣化驗(yàn)，但結(jié)果沒有任何的改善。分析可能是濾油機(jī)的問題，變壓器油在進(jìn)入濾油機(jī)后可能被局部加熱過度，而分解產(chǎn)生出甲烷、乙炔等氣體。
工期緊迫，現(xiàn)場(chǎng)項(xiàng)目部馬上對(duì)濾油機(jī)進(jìn)行了更換，新的真空濾油機(jī)剛完成附近一個(gè)電廠的檢修任務(wù)。油循環(huán)進(jìn)行了一天以后，對(duì)變壓器油進(jìn)行取樣檢測(cè)，組分含量中僅乙炔一項(xiàng)超標(biāo)，其它指標(biāo)均符合要求。這臺(tái)濾油機(jī)的效果很不錯(cuò)。在油循環(huán)兩天以后，氣相色譜試驗(yàn)報(bào)告顯示所有指標(biāo)均為良好，符合電力行業(yè)新投運(yùn)設(shè)備氣體含量的要求，可以送電投運(yùn)。在變壓器順利沖擊合閘并正常運(yùn)行24小時(shí)后，再次進(jìn)行的油樣檢測(cè)，各項(xiàng)指標(biāo)依然正常，并且沒有什么變化。
變壓器油的油質(zhì)合格是變壓器投入正常安全運(yùn)行的的重要前提，所以一定要保證濾油設(shè)備的性能良好，并嚴(yán)格按照要求注油、濾油。
5.結(jié)論
運(yùn)行中的電力變壓器，常常會(huì)出現(xiàn)油中氫氣含量超標(biāo)，而氫氣含量的增長(zhǎng)，不少情況下是電性故障的前兆，也會(huì)造成變壓器絕緣的缺陷，所以氫氣含量也是變壓器能否繼續(xù)安全運(yùn)行的重要指標(biāo)之一，應(yīng)該引起重視。
不管是投運(yùn)前還是正常運(yùn)行以后，都要按照相關(guān)規(guī)范的要求對(duì)變壓器油進(jìn)行氣相色譜試驗(yàn)等相關(guān)檢測(cè)，確保變壓器的安全運(yùn)行。