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 摘要：近些年來，被確認為變壓器油中腐蝕性硫造成的事故有幾十期，引起了國內外專家的廣泛關注，對油中腐蝕性硫問題進行研究已成為變壓器狀態檢修工作中的重要內容。本文闡述了腐蝕性硫問題產生的背景、反應機理及硫化銅對變壓器造成的危害，對常用的腐蝕性硫試驗方法進行介紹，并提出可以采取的防范措施。

　　關鍵詞：腐蝕性硫 硫化銅 電力變壓器 變壓器油

　　概述
　　近二十年來，世界各地發生了數十起變壓器和電抗器因油中含有腐蝕性硫而造成的事故。在中國，20世紀90年代以來，深圳供電局進口41臺芬蘭ABB公司生產的110 kV變壓器，出廠日期在在1991年至1996年之間，投運后幾年，共有8臺次在運行中發生事故，其中4臺為調壓線圈出線頭短路、線圈倒塌、2臺匝間短路、1臺餅間短路、1臺為中性點套管爆炸，事故調查結果為硫化銅造成[1]。2007年11月，華北電網500kV姜家營變電站，兩臺重慶ABB產變壓器發生事故，解體后，在變壓器內發現了硫化銅的跡象。因此，油中腐蝕性硫問題已成為了電力生產的安全隱患，有必要對腐蝕性硫問題進行關注。

　　1　油中腐蝕性硫的來源
　　油中腐蝕性硫并不是一個新的問題。國際標準化組織(ISO)在1978年就已經有了電器絕緣油腐蝕性硫的試驗方法，廠商提供的油品必須能通過此項試驗。

　　在二十世紀八十年代以來，出于低硫礦物油的需求，在油品煉制工藝中，加氫精制在環烷基油中得到普遍使用，使變壓器油中的總硫含量有了大幅度的降低。然而，在硫含量降低的同時，原油中含有的各種天然抗氧化劑，如芳香烴、有機雜環烴類等物質含量也顯著降低。也就是說，油中硫含量的降低的同時失去了礦物油天然的抗氧化性能。

　　為了改善變壓器油的氧化安定性能，有些油廠商將一種被稱為聯芐基二硫化物(dibenzyl disulfide, DBDS)的人工合成化合物，作為抗氧化劑和化學穩定劑添加到了未出廠前的新變壓器油中。經過國外專家對大量的因硫化銅造成事故的變壓器的故障后分析和大量的試驗表明：DBDS是引起近年來變壓器運行中產生硫化銅的原因[2]。

　　由以上可知：油中腐蝕性硫的來源分為兩類，一種是礦物油中天然存在的，另一種是在精煉油品中人工添加的。

　　2　腐蝕性硫對變壓器的危害
　　從目前的調查結果來看，含有腐蝕性硫的變壓器油涉及了國際上幾大著名的變壓器油廠商，如殼牌、尼納斯等，因此凡是進口變壓器和充油進口油的國產變壓器均有可能油中具有腐蝕性硫，這些變壓器在運行中，都有產生硫化銅的可能性。

　　2.1　硫化銅的產生機理
　　油中腐蝕性硫與銅作用產生硫化銅的機理比較復雜，本文中只對目前較為得到人們認可的機理介紹如下。

　　在一定條件下，油中含有的腐蝕性硫會分解出一種物質——硫醇，硫醇容易與許多金屬，包括銅進行化學反應，生成硫醇鹽。在變壓器運行過程中，會有少量的銅被氧化，氧化銅會溶解到油中，與硫醇發生反應，產生硫醇銅，在一定條件下，硫醇銅會被分解成為硫化銅(Cu2S)。反應過程可用下列反應式表示：
　　Cu2O + 2RSH => 2CuSR + H2O
　　2CuSR => Cu2S + RSR
　　式中，RSH表示硫醇，R是任意烴基。

　　2.2　硫化銅對變壓器的影響
　　硫化銅是一種微導電的物質，它的導電性能遠遠高于絕緣紙和變壓器油。

　　變壓器中硫化銅的產生最初是沉積在繞組內線圈的銅導體表面，這時的硫化銅沉積物危害較小，不足以引起匝間、層間的局部放電和短路事故。但在變壓器運行時，隨著變壓器油的流動，會對線圈造成不斷地沖刷，更多的硫化銅沉積物懸浮到油中，并被吸附到絕緣紙板上。當產生的硫化銅達到一定量時，吸附到絕緣紙板上的硫化銅，會改變變壓器內部的電場分布，降低繞組內線圈的耐壓強度。在一定的運行條件下，繞組內部產生局部放電，絕緣材料被擊穿，產生嚴重的電弧放電，造成燒毀變壓器的事故。

　　2.3　影響硫化銅產生的因素
　　首先，變壓器油本身含有腐蝕性硫是變壓器內部產生硫化銅的前提。按照腐蝕性硫的兩種來源可知，兩種變壓器油具有產生硫化銅的可能性：
　　煉制工藝低下，未能將油中天然硫出去的變壓器油;
　　精煉的變壓器，油中含有含硫的添加劑，如DBDS。
　　其次，硫化銅的產生與溫度相關。經過大量試驗研究表明，在溫度達到80℃以上時，就會有上文中所述的化學反應發生，產生硫化銅。隨著溫度升高，反應速度加快。如溫度在100℃時，需要12周的時間產生硫化銅沉積，而在120℃時，產生硫化銅只需要3周的時間[3]。
　　第三，在變壓器油中，腐蝕性硫作為一種抗氧化劑存在，它本身不是一種穩定的物質。在變壓器的運行條件下，會與油中所含有的某些氧化物成分發生化學反應，成為其他物質，使其不再具有腐蝕性。因此，油中的含氧量對硫化銅的產生有較大影響，全密封型的變壓器中產生硫化銅的可能性要高于開放型變壓器。
　　第四，在某些電氣設備中，采用了漆包銅線或其它工藝對銅表面進行了涂刷，阻止了銅與油的接觸，此類設備基本不會發生硫化銅沉積的現象。

　　3　變壓器油中腐蝕性硫的檢測
　　國內在變壓器油中腐蝕性硫檢測方面的方法為SH/T 0304-92《電器絕緣油腐蝕性硫試驗法》，此標準參照了ISO 5662-1978的同名標準(ISO最新標準為5662-1997《石油產品—電器絕緣油—腐蝕性硫檢測》)，與美國國家標準ASTM D 1275中方法A基本相同。試驗方法為將干凈、光亮的銅片置于試油中，試油脫氧后在140℃下保持19小時，冷卻后取出銅片，通過觀察銅片的顏色變化來判斷試油中腐蝕性硫的程度[4]。

　　絕大多數的變壓器油都能通過上述試驗，得到非腐蝕性的結論，包括已經因為硫化銅發生事故的變壓器所采用的油。因此，以上方法不能確保變壓器油的非腐蝕性。

　　目前得到大家的公認的有效檢測方法是由美國道波科技公司提出，該方法在以上方法的基礎上將油溫提高到150℃，試驗時間延長到48小時，并最大限度地限制了油中的氧含量。此方法已被美國電力標準協會采用，成為ASTM D 1275中的一部分，稱為方法B。

　　ASTM D 1275B方法，試驗簡單，適合于對變壓器油進行腐蝕性的判別，此方法的試驗結果與油中的氧含量有較大關系，應嚴格按照標準操作才能得到更好的效果。

　　有些研究機構，包括國際大電網會議(CIGRE)都傾向于模擬變壓器的實際運行狀態，采用油—銅—紙共同進行試驗的方法，試驗結果可對油中腐蝕性硫的狀況作出更嚴格地評估。CIGRE推薦的方法采用牛皮紙帶包裹銅帶，置入油中，在150℃下保持72小時，通過觀察銅帶的變色和紙帶吸附狀況來對油進行評估[5]。此試驗方法已被推薦成為國際電工委員會(IEC)標準。

　　4　防范措施
　　通過對因腐蝕性硫產生事故變壓器的事故后分析，專家們基本認為無法通過常規的電氣試驗與油的參數試驗來提早地預防事故的發生，甚至有些變壓器在事故發生的前一天的色譜分析也沒有任何異常[5]。因此，依靠常規的預防性試驗方法，無法做到事故的提前預警。

　　目前國際上較為公認的方法是在變壓器油中添加鈍化劑，應用較多的鈍化劑產品英文名稱為Irgamet 39，化學結構為苯駢三氮唑的派生物，它可以在金屬銅的表面形成一種保護膜，阻止變壓器繞組線圈的氧化和與油中腐蝕性硫的接觸。

　　大量有腐蝕性硫風險的變壓器添加了鈍化劑，且目前為止，添加鈍化劑后的變壓器沒有發生過事故。

　　盡管添加鈍化劑的方法可以在一定程度上防范腐蝕性硫問題的發生，我們還應該通過以下手段對此問題進行防范：
　　(1)選擇合適的試驗方法對變壓器油進行腐蝕性硫檢測，并對變壓器、電抗器進行有效地風險評估和運行狀態評估;
　　(2)對風險變壓器的負荷狀況進行控制，使其運行在合理的負荷狀態下;
　　(3)經常對風險變壓器的散熱系統進行檢查和清理，保持散熱通暢;
　　(4)加強風險變壓器的油中溶解氣體的色譜分析工作，對變壓器內部有過熱現象發生，尤其是過熱部位涉及絕緣的變壓器應引起重視。

　　5　總結
　　變壓器油中腐蝕性硫問題在近幾年引起了世界各地的廣泛關注，對硫化銅產生的原因和機理做了深入的研究和探討，并開發出了各種更能反應油中腐蝕性的試驗方法，并針對此問題提出了一定的措施與建議，盡量地降低了在大型變壓器、電抗器中腐蝕性硫的風險，對預防事故的發生及事故分析起到了一定的作用。
　　由于電網的特殊性及大型電力變壓器的重要性，使得對于腐蝕性硫問題的研究工作進展并不樂觀，很多研究分析工作只能在試驗室中模擬進行。目前為止，沒有哪種方法可以完全確認腐蝕性硫風險，也沒有哪種措施可以完全確認解決此問題，因此，變壓器油中腐蝕性硫風險將在未來較長時間內持續存在。