金属波纹储油柜补偿元件采用不锈钢波纹芯体，不锈钢芯体在变压器油中是否产氢，不锈钢芯体是否需脱氢处理？

要回答这两个问题，我们首先需明确不锈钢产氢、不锈钢脱氢的概念，不锈钢产氢本质是不锈钢中的镍对变压器油中残留的环己烷脱氢的催化作用，产氢量决定于残留的环己烷量、变压器油温度、不锈钢的钝化程度；不锈钢304、316分别为06Cr19Ni10、022Cr17Ni12Mo2，本身不含氢元素，脱氢是通过高温去除不锈钢焊接、酸洗过程中渗入钢中的氢，是否脱氢决定于是否存在渗氢、渗氢析出条件。下面我们进行详细的分析说明。

首先，我们先分析一下变压器油产氢与不锈钢的关系。

氢气组分作为变压器油中溶解气体的特征气体之一，一直受到广泛的关注，变压器产氢分故障性产氢和非故障性产氢。变压器放电、过热、进水受潮产氢属故障性产氢，变压器油中的漆、橡胶、不锈钢等在较高温度时产氢属非故障性产氢。

变压器油中产生氢气的原因有以下几种：

1、水分的电解及与铁的化学反应

纸绝缘干燥不彻底或空气中水分侵入，油中存在水分时，在电场的作用下，水分将发生电解产生氢气2H2O→2H2↑+O2↑；水分也会与铁发生反应产生氢气3H2O+2Fe→3H2↑+Fe2O3。因此，投运后烃类含量合格，仅氢气超标，且与水分含量（微水或油tanδ检测）成正相关，则主要原因是水分的电解及与铁的化学反应。

2、烷烃的裂化反应

变压器油主要由烷烃、环烷烃和芳香烃组成，其中烷烃的热稳定性最差，而混合热解时，环己烷热稳定性差。由于电和热故障的作用，这些有机物会发生裂化，变成小分子烷烃、不饱和烃（烯烃和炔烃）及氢气。在300℃温度下产生CH4、C2H4、H2，在400～500℃下产生C2H4、H2，在局部放电时产生H2、CH4，在火花放电、电弧时产生H2、C2H2（主要讨论H2相关）。因此，投运后烃类和氢气均超标，则怀疑内部存在过热或放电，导致了烷烃的裂化反应。

3、其他

变压器油中残留的少量环己烷的轻质馏分，环己烷在受热时存在可逆的脱氢和加氢反应，在电场和不锈钢中镍的催化作用下，这时环己烷的轻质馏分的脱氢反应速度大于加氢反应速度。该反应是可逆的，正方向是吸热反应，逆方向是放热反应。随着油中环己烷浓度下降和不锈钢金属表面的钝化，催化活性减弱，不利于环己烷的轻质馏分常温条件下正反应的进行，使平衡向左移动，即加氢反应速度大于脱氢反应速度，形成与不锈钢相关的油中氢气浓度呈缓慢下降趋势。可以看出，与不锈钢相关的变压器产氢本质是不锈钢中的镍对变压器油中残留的环己烷脱氢的催化作用（为便于叙述，下面我们仍把不锈钢催化环己烷产氢简称为不锈钢产氢）。

变压器所用的材料漆、橡胶、绝缘材料等也会在变压器油中出现热解产氢现象，但值得注意的是，80℃温度条件下材料产氢量由大到小依次为漆、橡胶、塑料，此温度下，变压器油中存在不锈钢，环己烷也不产生脱氢反应；115℃的温度条件下材料产氢量由大到小顺序依次为漆、橡胶、不锈钢、绝缘材料。

另外，水分电解产生氢气H2O→H2↑+1/2O2↑，1mg/L的微水满足变压器油含水质量指标，其完全电解产生22.4/18=1.24 mL=1240μL氢气，远大于变压器油含氢指标限值，也大于单一氢气需处理的指标限值（500μL/L），因此，不超标准的微水含量完全能产生超标的氢气含量。

以上结论如下：

1、无电和热故障、水含量不超标时，产氢原因可能为微水、漆、橡胶、不锈钢、绝缘材料等，且不锈钢不是产氢量大的材料；

2、与不锈钢相关的产氢量大，本质在于变压器油中环己烷残留量，也就是油品质问题；

3、储油柜中油温最高约80℃，此温度下，变压器油中存在不锈钢，环己烷也不产生脱氢反应，因此，储油柜不锈钢芯体不产氢。

其次，我们再了解一下不锈钢脱氢。

不锈钢与氢相关的情况有：

1、焊接过程中的湿气在高温下被还原而生成氢，或氩气+氢气的混合气保护的氢微量溶解在液体金属中；

不锈钢焊接有的使用氩气中添加5%-7%氢气混合气，增大发热量，以增大熔深，进入钢材内部的微量氢在内部残余的或外加的应力作用下会导致材料脆化甚至开裂（氢脆），中厚板不锈钢一般采用混合气保护（早期膨胀器也使用氢保护或混合气保护焊接），为防止“氢脆”进行脱氢处理，处理工艺为加热200℃以上/2小时。

储油柜芯体波纹管为薄板焊接，纯氩气保护可得到满意的焊接质量，现均为纯氩气保护，既无氢气、又避免湿气被还原而生成氢；

2、不锈钢产品在酸洗时，不锈钢钢表面被吸附的氢原子过饱和，使氢渗入钢中；

芯体波纹管为薄板焊接，不像其他大型不锈钢焊接件，无焊后酸洗去除焊渣、飞溅物、污点与氧化色等，也就不存在酸洗时钢表面被吸附的氢原子过饱和渗入钢中的现象；

3、不锈钢与变压器油接触时的催化作用。

作为催化作用的不锈钢只要含镍，也就是只要是不锈钢，催化作用的大小在于不锈钢钝化程度，芯体波纹管使用不锈钢薄板，制造过程基本无加工面，奥氏体不锈钢在空气中具有强烈的自钝化能力，存放24小时表面就会形成自然钝化膜。

因此，现芯体波纹管制造过程无氢渗入（我们也不是在讨论不锈钢氢脆问题）、材料基本钝化（催化作用弱）。

据了解，针对储油柜不锈钢芯体在变压器油中是否产氢的问题，国内多家金属波纹储油柜生产厂均委托第三方检测机构进行了不锈钢芯体产氢比较试验验证，选用合格变压器油，分别注入两个同规格储油柜芯体中（一个脱氢处理、一个未脱氢处理），试验条件下静放90～150天后，色谱分析均未检出氢气。

综合以上分析，可以得出以下结论：

1、不锈钢不是变压器油中非故障性单一产氢量较多的材料（决定于变压器油中环己烷残留量，有文献说明一般小于30μL/L）；

2、储油柜中油温最高约80℃，此温度下，储油柜不锈钢芯体不产氢，而在此温度下，微水、漆、橡胶、塑料产氢，因此，个别使用金属波纹储油柜的变压器出现含氢超标，如确定与储油柜有关，应与芯体内漆或存在绝缘材料结构件有关；

3、储油柜不锈钢芯体波纹管在现行材料及加工条件下无渗氢现象，本身无氢可脱；钢的氢脆发生在-50℃~100℃之间，100℃以下氢不会被“烤”出钢外，因此，不锈钢脱氢一般需200℃以上高温，即使不锈钢渗氢且未经脱氢处理，氢也不会在储油柜中油最高约80℃的温度条件下析出到变压器油中；

4、变压器油中不锈钢产氢实质是不锈钢中镍对环己烷脱氢的催化作用，不锈钢本身脱氢处理与减弱催化作用无关，去镍（不用不锈钢）避免催化作用，钝化减弱催化作用；

5、20多年金属波纹储油柜应用实践也证明，如不锈钢芯体一定存在原理性的较大量产氢问题，那么，现所有运行金属波纹储油柜早已大规模爆发产氢现象；

6、2014年行业标准“变压器用储油柜JB/T6484-2005”修订审查取消了原标准6.1.10芯体波纹管脱氢处理要求，2016新版变压器用储油柜行业标准无此要求。

因此，金属波纹储油柜的不锈钢芯体对变压器油产氢无影响，金属波纹储油柜不锈钢芯体不需进行脱氢处理。

参考文献

[1] DL/T722-2016，变压器油中溶解气体分析和判断导则

[2]GBT7252-2001，变压器油中溶解气体分析和判断导则

[3]GBT7595-2017，运行中变压器油质量

[4]顾国城 变压器油中氢气含量异常的实验与认识 华东电力 1997-09-24，第9期
[5]阎春雨 少油设备中单氢含量高的故障原因分析 河北电力技术 2002-10-25，第5期

作者简介：赵国同（1991-05-16），男，汉族，辽宁沈阳，籍贯：吉林磐石；本科，研究方向：机械设计制造及其自动化。