某抽水蓄能电厂500kV电缆油中乙烷含量超标原因分析

柳艳红

（中国南方电网调峰调频发电公司检修试验中心，广东 广州 511400）

某抽水蓄能电厂500kV电缆油中乙烷含量超标原因分析

柳艳红

（中国南方电网调峰调频发电公司检修试验中心，广东 广州 511400）

在对某抽水蓄能电厂500kV电缆油进行油中溶解气体分析发现，自电缆补油后油中乙烷含量逐渐上升并超标。论文从补油工艺方法、电缆运行故障、补油油品问题3个方面对故障原因进行分析、试验验证。针对电缆油乙烷含量超标原因，提出了相应处理建议。

电缆油；乙烷；绝缘

1 前言

某抽水蓄能电厂（以下简称“电厂”）安装有4台单机容量为300MW的可逆式抽水蓄能机组，配备两回充油电缆（分别为1号、2号电缆），用于实现地下厂房500kV设备与户外500kV设备的电气连接。

电缆采用单相、铜芯、油浸渍纸绝缘、铅合金护层、不锈钢加强及铠装聚乙烯护套500kV充油电缆，为法国的ALCATEL厂生产。电缆长约600m，高差约为200m，采用廊道电缆沟架空刚性固定敷设，环境温度在-5℃～40℃之间，海拔高程不大于1000m。

每相电缆由5个体积为61L的油罐串联补油以保证电缆及电缆油压在一定值，正常运行油压1.5bar，2.5bar为高油压报警；电缆正常运行油温30℃左右，45℃为高油温报警，50℃跳闸。电缆油为某国外石油公司生产的低粘度烷基苯合成绝缘油，主要成分为C9/C10烷基苯。

2 电缆运行情况及故障过程简介

电厂充油电缆自2001年运行以来，上终端及压力油缸中乙烷含量一直稳定，且维持在较低水平（10μL/L以内）。自2014年4月、6月分别对2号、1号电缆上终端进行补油后，A、B、C三相上终端及压力油缸中乙烷含量即呈现明显上升趋势，其他气体组分含量未见明显增长，电缆油击穿电压及介质损耗因数试验均合格。

跟踪检测发现：2015年1号、2号电缆上终端及压力油缸中乙烷含量均接近（或超出）电力设备预防性试验规程（Q/CSG114002-2011）(以下简称规程)中规定的注意值（200μL/L）[1]。历次化验结果见表1～4。

3 故障原因分析

对电缆油历次试验数据、电缆补油历史记录进行综合分析后，判断故障产生原因可能为以下3个方面：①补油过程中，因工艺和方法问题导致；②电缆运行过程存在过热故障导致；③所补油的油品质量导致。根据以上3种情况，通过逐一进行查验、试验验证等方法，确定电缆油乙烷含量超注意值产生的原因。

3.1 补油过程的工艺和方法

查看电缆油历史检修记录发现，电厂电缆自2000年投运以来，共经历4次电缆油补油处理：2008年10月1号电缆B相补油、2009年4月1号电缆B相上终端电容锥更换后补油、2014年4月2号电缆补油、2014年6月1号电缆补油。历次补油均采用相同的工艺和方法，而2008年、2009年补油后乙烷含量未见明显增长，因此排除补油方法不当导致乙烷含量增加。

3.2 电缆运行问题

依据《GB/T 7252-2001变压器油中溶解气体分析和判断导则》，对比电厂500kV 1号、2号充油电缆的油化验结果，发现：充油设备放电故障的主要特征气体C2H2并未产生，因此可以排除电缆运行的电气故障，但未能彻底排除电缆上终端低温过热的可能[2]。

表1 1号电缆压力油缸油中溶解气体分析数据表 单位：μL/L

表2 1号电缆上终端油中溶解气体分析数据表 单位：μL/L

表3 2号电缆压力油缸油中溶解气体分析数据表 单位：μL/L

表4 2号电缆上终端油中溶解气体分析数据表 单位：μL/L

2015年3月底对电厂运行中500kV电缆三相上终端进行红外测温，检查未发现局部过热点。此外，自2000年投产以来，电缆运行一直较为稳定，两回电缆（6相）同时故障的可能性较低。由此可以排除电缆自身运行故障导致乙烷含量增长。

3.3 补油油品问题

2014年时补油所用油品购置于2010年，存放于电厂油库。考虑到存放条件恶劣，以及未进行充氮保护等措施，因此并不排除备品油的劣化变质，投入运行后分解导致乙烷含量的增加。为此对电缆旧油（取自电缆下终端）、电厂备品油进行进一步试验，试验结果分析如下：

3.3.1 对电缆旧油、备品油进行红外谱图鉴定

图1 旧油/备品油红外光谱图

从图1可以看出，电缆旧油、备品油红外谱图基本吻合，由此可以推断，电缆旧油与所加备品油确实为同一油源、同一添加剂类型的产品，从而排除误加油的可能。

3.3.2 抗氧化剂含量及氧化安定性测试

3.3.2.1 抗氧化剂含量测试

抗氧化剂是绝缘油中一种很重要的添加剂，能减缓油在运行中的老化速度，延长油质使用寿命。目前绝缘油中普遍使用的抗氧化剂为2，6-二叔丁基对甲酚，俗称T501。本试验分别对电缆旧油、备品油以及混合运行油进行抗氧化剂含量测试。测试结果见表5。

表5 旧油/备品油/混合运行油抗氧化剂含量

从表5可以看出，备品油中抗氧化剂含量仅为0.133%，低于运行中的电缆油，远低于限值。分析原因可能为：备品油在存储过程中氧气、水分等进入，加速油品的老化，导致抗氧化剂的大量消耗（消耗速率快于运行中的电缆油）。

3.3.2.2 电缆旧油及备品油氧化安定性测试

依据未使用过的烃类绝缘油氧化安定性测定方法（NB/SH/T 0811-2010）分别对电缆旧油、备品油进行氧化安定性测试[3]。具体试验方法：在待测样品中放入固体铜催化剂，恒速通入空气，在120℃保持164h，通过测定氧化后油品的挥发性酸值、介质损耗因素和油泥含量来评价油品的抗氧化能力。

从表6可以看出，在氧化安定性试验过程中，备品油产生更多极性、酸性物质，因此酸值、介质损耗因素均高于电缆旧油，远高于限值。由此可以推断电缆备品油的氧化安定性较电缆旧油差（此结论与抗氧化剂含量测试结果一致）。

表6 旧油/备品油氧化安定性测试结果

抗氧化剂含量及氧化安定性测试结果说明：备品油氧化安定性较差，不适合直接使用。

3.3.3 对电缆旧油、备品油进行老化试验

3.3.3.1 试验方法

依据运行油老化测定法（DL 429.6-91）对备品油进行老化试验，试验后进行油中溶解气体分析，以判断备品油的热稳定性[4]。（为模拟2014电缆所补油品的真实状况，将备品油进行真空脱气脱水后进行老化试验）

3.3.3.2 老化后油中溶解气体组分分析

绝缘油是由许多不同分子量的碳氢化合物分子组成的混合物，分子中含有CH3、CH2和CH化学基团并由C-C键键合在一起。由于电或热故障的结果可以使某些C-H键和C-C键断裂，伴随生产少量活泼的氢原子和不稳定的碳氢化合物自由基，如：CH3·、CH2·、CH·，或 C·（其中包含许多更复杂的形式）。这些氢原子或自由基通过复杂的化学反应重新化合，形成氢气和低分子烃类气体，如甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、乙炔等（电缆油分解反应如图2所示）。

图2

备品油老化后，饱和烃类（丙烷、乙烷、甲烷）气体含量大幅上升，其中乙烷含量增长最为显著，由20.7μL/L增加至10914.4μL/L；不饱和烃类（丙烯、乙烯）气体含量也明显增加，总可燃气体含量已高达57816.8μL/L，远远高于规程中运行电缆油的标准1500μL/L。从烃类气体类型来看，备品油老化后，油品分子开始逐步断裂成不同烃类的组分，导致油品的稳定性下降，因此可以判断，备品油热稳定性较差，不适合使用。

表7 备品油/老化备品油中溶解气体分析

3.3.4 对电缆旧油、备品油进行相容性测试

依据电力绝缘油相容性的标准试验方法（ASTM D 3455-2002），对电缆旧油、备品油进行相容性测试，具体试验方法如下：

取500kV电缆下终端油（旧油）、电厂仓库备品油（2014年所补油品）各2000mL于密闭容器混合后，在氮气保护，铜片催化的条件下，放置于100℃干燥箱恒温老化164h。混油前后分别进行界面张力、酸值、击穿电压、介质损耗因素、色度等测试，以判断旧油与备品油的相容性[5]。检测结果如表8。

表8 旧油/备品油/老化混合油油质分析数据

油质分析结果显示：备品油的击穿电压、界面张力低于旧油，且击穿电压指标不合格。旧油、备品油混合老化后，界面张力、击穿电压显著下降，酸值上升，表明有极性、酸性物质产生，导致油品性能下降。

依据规程中关于补油和混油的规定：①补充油（无论是新油或已使用的油）各项性能指标不应低于已充油；②经老化试验的混合油样质量不低于已充油质量，方可进行补充油过程。

由此可以判断，这两种油品不可以混合使用。

4 结论与讨论

综上所述，该厂电缆自身运行正常、补油工艺合理，是备品油的劣化分解导致电缆油中乙烷含量超标。

考虑到电缆中心油道较小、内部绝缘油不具备循环流动性，为此可以推断2014年补入的油品基本只存在于压力油缸中，极少部分进入电缆终端。且电缆内部油纸绝缘层原已充分吸附电缆油，不会与油道或电缆终端内腔的电缆油进行交换，笔者认为即使2014年所补油品部分进入电缆终端，也不会进入电缆的油纸绝缘层，对电缆的绝缘性能影响不大。

但备品油的劣化分解，乙烷含量的持续增长会对后续电缆运行故障诊断带来一定的干扰，因此建议在条件许可的情况下对压力油缸中油进行整体更换。

[1]Q/CSG114002-2011电力设备预防性试验规程[S].

[2]GB/T 7252-2001变压器油中溶解气体分析和判断导则[S].

[3]NB/SH/T 0811-2010未使用过的烃类绝缘油氧化安定性测定方法[S].

[4]DL 429.6-91运行油老化测定法[S].

[5]ASTMD3455-2002电力绝缘油相容性的标准试验方法[S].

TV738

B

1672-5387（2015）S-0045-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2015.S.014

2015-10-30

柳艳红（1983-），女，工程师，从事电气绝缘油试验工作。