为什么氢气是变压器监测的关键气体？
我们经常被问到的问题之一是“为什么氢气是变压器监测的关键气体？它有什么特别之处？”答案既简单又复杂，这源于绝缘液体在变压器内部故障条件下的行为。
- 变压器内部故障会在变压器内部产生局部热源。
- 加热会分解液体，释放出可燃气体。
- 氢气是第一种产生的断层气体。
- 布斯塔曼特指出：“石油中所有电气和热故障中都存在氢。”
- 氢气会在其他故障气体被检测到之前，指示绝缘劣化的开始。
- 氢气的持续监测成为缺失的关键环节。
大多数变压器故障并非突发性的，它们不会一夜之间发生故障。它们的故障是逐渐发生的，而且悄无声息地发生¹，很少有外部迹象表明故障即将发生²，这使得故障难以被发现。
当主油箱发生故障时，会产生局部热源。这些热量会分解绝缘液体的分子，产生可燃气体，也称为碳氢化合物。几乎所有变压器故障类型都会首先产生氢气，例如局部放电、过热、电弧放电，甚至低能量故障。
因此，氢气的存在表明绝缘材料开始劣化，并且发生在其他故障气体被检测到之前。Bustamante 在 2019 年的一篇综述中也支持了这一点，他指出：“在所有油中发生的电气故障和热故障中，都存在氢气，只是含量不同而已。”
在这篇评论中，Bustamante 分享了发表在 IEEE 介电和电气绝缘学报（第 2 卷，第 6 期，2015 年 12 月）上的一张表格，该表格列出了故障发生时产生的气体。
如表所示，氢气是油纸绝缘变压器几乎所有故障类型的关键故障指示剂。它始终是电气故障和热故障中绝缘击穿的副产品。
这使得氢气成为一种可靠且应用广泛的关键故障指示剂，这与其他仅产生于特定故障类型或与特定故障类型相关的其他气体不同。
因此，连续测量氢气是目前变压器诊断中缺失的工具，也是避免灾难性故障的关键。
从旁边的图表可以看出，氢气的突然或加速产生先于大型变压器故障，在本案例研究中，电网运营商得以避免其 24 MVA 变压器发生灾难性事件。
连续氢气监测还有其他优势
氢能的优势不仅限于早期故障检测；它还有助于识别经常被忽略的热事件。
- 它可以检测出冷却系统运转正常但性能不足的变压器。变压器虽然具有过温保护功能，但持续在略低于跳闸阈值的温度下运行可能无法被检测到。
- 另一个常被忽视的热事件是高谐波含量导致的变压器铁芯过热。随着可再生能源和储能系统逆变器以及变频器（VFD）的普及，高谐波电网段的变压器运行温度往往高于预期，如果没有监测，很难识别这种情况。
由于其在电气劣化早期产生，因此对局部放电的高灵敏度和在油和氢气监测中的快速检测对于在变压器故障发展为灾难性故障之前识别故障仍然至关重要。
来源：
- 尼尔·普罗伯特、约翰逊和菲利
- 初期故障是指处于早期阶段的故障，通常症状轻微或不易察觉。这些故障会随着时间的推移而恶化，如果不及时发现和处理，会导致更严重的问题甚至完全失效。
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