為什麼氫氣是變壓器監測的關鍵氣體？
我們經常被問到的問題之一是「為什麼氫氣是變壓器監測的關鍵氣體？它有什麼特別之處？」答案既簡單又複雜，這源自於絕緣液體在變壓器內部故障條件下的行為。
- 變壓器內部故障會在變壓器內部產生局部熱源。
- 加熱會分解液體，釋放出可燃氣體。
- 氫氣是第一種產生的斷層氣體。
- 布斯塔曼特指出：“石油中所有電氣和熱故障中都存在氫。”
- 氫氣會在其他故障氣體被偵測到之前，指示絕緣劣化的開始。
- 氫氣的持續監測成為缺失的關鍵環節。
大多數變壓器故障並非突發性的，它們不會一夜之間發生故障。它們的故障是逐漸發生的，而且悄無聲息地發生¹，很少有外部跡象表明故障即將發生²，這使得故障難以被發現。
當主油箱發生故障時，會產生局部熱源。這些熱量會分解絕緣液體的分子，產生可燃氣體，也稱為碳氫化合物。幾乎所有變壓器故障類型都會先產生氫氣，例如局部放電、過熱、電弧放電，甚至低能量故障。
因此，氫氣的存在表明絕緣材料開始劣化，並且發生在其他故障氣體被檢測到之前。 Bustamante 在 2019 年的一篇綜述中也支持了這一點，他指出：“在所有油中發生的電氣故障和熱故障中，都存在氫氣，只是含量不同而已。”
在這篇評論中，Bustamante 分享了發表在 IEEE 介電和電氣絕緣學報（第 2 卷，第 6 期，2015 年 12 月）上的一張表格，該表格列出了故障發生時產生的氣體。
如表所示，氫氣是油紙絕緣變壓器幾乎所有故障類型的關鍵故障指示劑。它始終是電氣故障和熱故障中絕緣擊穿的副產品。
這使得氫氣成為一種可靠且應用廣泛的關鍵故障指示劑，這與其他僅產生於特定故障類型或與特定故障類型相關的其他氣體不同。
因此，連續測量氫氣是目前變壓器診斷中缺少的工具，也是避免災難性故障的關鍵。
從旁邊的圖表可以看出，氫氣的突然或加速產生先於大型變壓器故障，在本案例研究中，電網營運商得以避免其 24 MVA 變壓器災難性事件。
連續氫氣監測還有其他優勢
氫能的優勢不僅限於早期故障檢測；它還有助於識別經常被忽略的熱事件。
- 它可以檢測出冷卻系統運作正常但性能不足的變壓器。變壓器雖然具有過溫保護功能，但持續在略低於跳脫閾值的溫度下運作可能無法被偵測到。
- 另一個常被忽略的熱事件是高諧波含量導致的變壓器鐵芯過熱。隨著再生能源和儲能係統逆變器以及變頻器（VFD）的普及，高諧波電網段中的變壓器運作溫度往往高於預期，如果沒有監測，很難識別這種情況。
由於其在電氣劣化早期產生，因此對局部放電的高靈敏度和在油和氫氣監測中的快速檢測對於在變壓器故障發展為災難性故障之前識別故障仍然至關重要。
來源：
- 尼爾普羅伯特、約翰遜和菲利
- 初期故障是指處於早期階段的故障，通常症狀輕微或不易察覺。這些故障會隨著時間的推移而惡化，如果不及時發現和處理，會導致更嚴重的問題甚至完全失效。
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