劉明，邸龍，譚建敏，韓曉堅(jiān)，林美超（.廣東電網(wǎng)公司肇慶供電局，廣東肇慶56060；.廣東泓量檢測(cè)技術(shù)有限公司，廣東佛山58000）

油氣分離的恒溫脫氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉明1，邸龍1，譚建敏1，韓曉堅(jiān)2，林美超2
（1.廣東電網(wǎng)公司肇慶供電局，廣東肇慶526060；2.廣東泓量檢測(cè)技術(shù)有限公司，廣東佛山528000）

變壓器是電力系統(tǒng)中的重要電氣設(shè)備之一，分析變壓器油中溶解性氣體對(duì)電力系統(tǒng)的故障發(fā)現(xiàn)和安全可靠運(yùn)行具有重要意義。介紹了油氣分離技術(shù)，并設(shè)計(jì)了油氣分離恒溫裝置。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，恒溫的溶解平衡脫氣方法具有良好的重現(xiàn)性。恒溫裝置的設(shè)計(jì)使油氣分離模塊溫度穩(wěn)定，保證了油氣分離的脫氣量和氣體檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

溶解性氣體；油氣分離技術(shù)；溶解平衡脫氣；恒溫裝置

0　引言

絕緣油中溶解氣體含量分析是診斷電力油浸式設(shè)備早期潛伏性故障的重要方法。通過(guò)溶解在油中的氣體含量、氣體間比值和氣體含量變化速率可以評(píng)估運(yùn)行設(shè)備的狀態(tài)和安全，為設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)提供有效的科學(xué)依據(jù)。

油中溶解氣體分析技術(shù)（DGA）能在變壓器不停電的狀態(tài)下進(jìn)行，不影響設(shè)備的正常運(yùn)行和供電，已成為診斷油浸電力變壓器早期故障，監(jiān)視設(shè)備安全運(yùn)行，有效預(yù)防災(zāi)難性事故的重要方法之一[1-2]。

油氣分離是DGA方法的重要組成部分，本文主要介紹了基于溶解平衡的油氣分離方法，并設(shè)計(jì)了基于此方法的恒溫裝置，使油氣分離模塊溫度穩(wěn)定，保證了油氣分離的脫氣量和氣體檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

1　油氣分離技術(shù)

目前，油中溶解氣體分析檢測(cè)包括離線式檢測(cè)和在線式檢測(cè)，這兩種方式的前提都是將溶解氣體從變壓器油中分離出來(lái)。油氣分離環(huán)節(jié)直接影響脫氣裝置的脫氣量和光聲池氣體檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

油氣分離技術(shù)是指把溶解于絕緣油中的氣體脫離出來(lái)的技術(shù)，主要通過(guò)以下幾種方法進(jìn)行[3]。

1.1真空脫氣法

真空脫氣法（托普勒泵法）是指通過(guò)托普勒泵多次收集脫離的氣體，然后將脫出的氣體與大氣壓平衡的方法。此外，該方法也可通過(guò)變徑活塞代替托普勒泵進(jìn)行操作。氣體組分的脫氣率與裝置的真空度有關(guān)，還與反復(fù)脫氣的次數(shù)有關(guān)。真空脫氣是一種全脫氣方法，油中不同組分氣體的脫氣效率在97%左右。真空脫氣方法對(duì)低含量組分的分析和電力設(shè)備出廠試驗(yàn)尤為適宜，也利于與色譜儀聯(lián)機(jī)自動(dòng)進(jìn)樣。托普勒泵法能對(duì)油進(jìn)行全脫氣，精確度高，是國(guó)際上公認(rèn)的仲裁方法[4]。

真空脫氣法存在漏氣問(wèn)題，且使用水銀，具有污染性。

1.2膜脫氣法

2017年大連市全社會(huì)研究與試驗(yàn)發(fā)展 （R&D）經(jīng)費(fèi)為164.2億元，R&D投入強(qiáng)度為2.23%，萬(wàn)人發(fā)明專(zhuān)利擁有量16件，無(wú)論是創(chuàng)新投入總量、投入強(qiáng)度，還是發(fā)明專(zhuān)利擁有量，同北京、上海、深圳等城市相比有明顯差距 （見(jiàn)表3）。企業(yè)創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新活力不足，創(chuàng)新主體作用不突出，產(chǎn)學(xué)研一體化有待加強(qiáng)，高校與企業(yè)、產(chǎn)業(yè)融合不夠，重大創(chuàng)新平臺(tái)建設(shè)不足，政府公共財(cái)政科技投入有待于提高。

膜脫氣方法是利用氣體各組分在膜內(nèi)溶解擴(kuò)散的差異，達(dá)到氣液分離、富集的一種方法[5]。主要是通過(guò)固態(tài)或液態(tài)物質(zhì)薄膜，在外加壓力的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行。

該方法基于氣體的擴(kuò)散原理，采用只能滲透氣體分子而不能滲透油的高分子膜，以此阻擋絕緣油的滲透。絕緣油中溶解氣體通過(guò)膜的動(dòng)力源于膜兩側(cè)的氣體壓差。膜兩側(cè)的樣氣體積分?jǐn)?shù)（分壓）不同，則擴(kuò)散速度不同。目前，研究出用于絕緣油中氣體分離的滲透膜主要是高分子聚合物分離膜，如聚四氟乙烯、聚六氟乙烯、聚酰亞胺等[6-7]，還有滲透率很高的高性能玻璃態(tài)高聚物分離膜[8]。

但膜脫氣存在脫氣時(shí)間長(zhǎng)、脫氣效率低、維護(hù)成本高等缺點(diǎn)。

1.3溶解平衡脫氣法

溶解平衡脫氣的原理基于道爾頓分壓定律和亨利定律[9-10]。該脫氣方法的操作流程是：在一定溫度下，在密閉容器中加入絕緣油和平衡氣體，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后溶解氣體在氣液兩相間達(dá)到平衡，然后分析平衡狀態(tài)下氣相的濃度，利用溶解平衡原理導(dǎo)出的奧斯特瓦爾德系數(shù)計(jì)算獲得油中各溶解組分的濃度。在平衡期間可采用振蕩、攪拌等方式縮短達(dá)到油氣平衡的時(shí)間。該方法的裝置簡(jiǎn)單，操作方便，重復(fù)性較好；不需要真空設(shè)備，因而不像需抽真空的脫氣裝置存在漏氣、回溶等問(wèn)題。由于該方法是根據(jù)溶解平衡原理得出，脫氣后留在試油中的組分濃度可根據(jù)溶解系數(shù)計(jì)算出來(lái)，因而不像真空法那樣存在脫氣率問(wèn)題[4]。

1.4其他脫氣方法

用于絕緣油中溶解氣體的脫氣方法除上述脫氣方法外，還有毛細(xì)管法[11]、空氣循環(huán)法[12]等。

此兩種油氣分離技術(shù)的脫氣原理不同，因而特點(diǎn)不同。毛細(xì)管柱法的平衡時(shí)間較短，程度簡(jiǎn)單，但造價(jià)高；空氣循環(huán)的平衡時(shí)間較短，但復(fù)雜程度大，造價(jià)較高。

2　基于溶解平衡脫氣的恒溫油氣分離方法

溫度是影響油氣分離和氣體檢測(cè)的重要因素，由于油中溶解性氣體監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝在現(xiàn)場(chǎng)，經(jīng)常受大氣溫度的影響，監(jiān)測(cè)設(shè)備內(nèi)的溫度不穩(wěn)定，安裝在監(jiān)測(cè)設(shè)備內(nèi)的脫氣裝置和光聲池溫度也不穩(wěn)定，因此影響油氣分離的脫氣量和氣體檢測(cè)的準(zhǔn)確性，最終造成了故障的誤判斷。

本文設(shè)計(jì)了一種油氣分離恒溫裝置，能達(dá)到溫度穩(wěn)定，且提高故障判斷準(zhǔn)確性的目的。

2.1恒溫裝置的設(shè)計(jì)

恒溫裝置設(shè)于油氣分離系統(tǒng)的外殼處，包括溫度傳感器、溫度控制器、加熱裝置和散熱裝置。溫度傳感器的輸出端與溫度控制器的輸入端連接，溫度控制器的輸出端分別與加熱裝置和散熱裝置連接。連接示意圖如圖1所示。

圖1　恒溫裝置的連接示意圖

恒溫裝置通過(guò)溫度傳感器將收集到的溫度信號(hào)傳送給溫度控制器，溫度控制器對(duì)接收地溫度信號(hào)進(jìn)行判斷，當(dāng)溫度高于預(yù)設(shè)溫度時(shí)，溫度控制器將驅(qū)動(dòng)散熱裝置進(jìn)行工作；當(dāng)溫度低于預(yù)設(shè)溫度時(shí)，溫度控制器將停止散熱裝置，并驅(qū)動(dòng)加熱裝置進(jìn)行工作，實(shí)現(xiàn)裝置內(nèi)溫度的穩(wěn)定。加熱裝置的設(shè)計(jì)呈梳齒裝，使加熱的傳熱和散熱的效果更快，如圖2所示。

圖2　油氣分離恒溫裝置示意圖

2.2實(shí)驗(yàn)對(duì)比

將一變壓器油樣品（溶解性氣體濃度分別為H220.97μL·L-1，CH413.05μL·L-1，C2H435.78μL· L-1，C2H6301.52μL·L-1，C2H27.68μL·L-1，CO48.88μL·L-1，CO2739.91μL·L-1），在添加安裝恒溫裝置前后，分別平行檢測(cè)6次，結(jié)果見(jiàn)表1。

檢測(cè)結(jié)果表明，使用恒溫裝置后被分析氣體濃度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD’小于使用前RSD，且均低于5%，表明恒溫裝置的使用增加了油氣分離模塊的穩(wěn)定性。

表1　安裝恒溫裝置前后的數(shù)據(jù)RSD對(duì)比(n=6)

2.3油氣分離恒溫裝置的應(yīng)用

油氣分離恒溫裝置對(duì)變壓器油在線監(jiān)測(cè)設(shè)備具有重要作用。為了減小溫度波動(dòng)對(duì)測(cè)量的影響，本文自主研發(fā)的激光光聲光譜變壓器油氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用了恒溫設(shè)計(jì)，采用的是溶解平衡脫氣法進(jìn)行脫氣。在脫氣系統(tǒng)中，油中溶解的氣體逐漸分離出來(lái)擴(kuò)散入檢測(cè)氣室，直到油氣達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。脫氣過(guò)程采用恒溫保持油氣分離的溫度穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)檢測(cè)的7種故障特征氣體的含量相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均低于5%。

3　結(jié)論

準(zhǔn)確、快速、高效地檢測(cè)變壓器絕緣油中溶解性氣體成分及含量特征是油中溶解氣體檢測(cè)的目標(biāo)。DGA方法為變壓器運(yùn)行狀態(tài)及剩余壽命的評(píng)估提供可靠的數(shù)據(jù)支持，是變壓器狀態(tài)監(jiān)控最重要、最有效的手段之一。

溶解平衡脫氣方法具有脫氣時(shí)間短、脫氣效率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，是在線監(jiān)測(cè)應(yīng)用中的普遍方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，恒溫的溶解平衡脫氣方法具有良好的重現(xiàn)性。恒溫裝置的設(shè)計(jì)使油氣分離模塊溫度穩(wěn)定，保證了油氣分離的脫氣量和氣體檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

［1］GB/T 7252-2001.變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則［S］.

［2］岳章華，鐘建靈，江健武.變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用［J］.廣東電力，2000，13（1）：32-34.

［3］徐懿俊.變壓器油中溶解性氣體（DGA）檢測(cè)方法的研究［D］.上海：復(fù)旦大學(xué)，2011.

［4］徐康健，孟玉嬋.變壓器油中溶解氣體的色譜分析實(shí)用技術(shù)［M］.北京：中國(guó)質(zhì)檢出版社，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

［5］楊荊林，肖登明，徐欣，等.變壓器在線監(jiān)測(cè)中油氣分離高分子膜的研究［J］.高電壓技術(shù)，2003，29（6）：38-40.

［6］賈瑞君.高分子薄膜在變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用［J］.變壓器，2001，38（10）：37-40.

［7］楊荊林，肖登明，徐欣，等.變壓器在線監(jiān)測(cè)中油氣分離高分子膜的研究［J］.高電壓技術(shù)，2003，29（3）：38-40.

［8］李紅雷，張光福，劉先勇，等.變壓器在線監(jiān)測(cè)用的新型油氣分離膜［J］.清華大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，45（10）：1301-1304.

［9］GB/T17623-1998.絕緣油中溶解氣體組分含量的氣相色譜測(cè)定法［S］.

［10］DL/T703-1999.絕緣油中含氣量的氣相色譜測(cè)定法［S］.

［11］Ward BH，Lindgren S.A Survey ofDevelopments in In?sulation Monitoring of Power Transformers［A］.Con?ference Record of the 2000 IEEE International Sympo?sium on Electrical Insulation［C］.Anaheim（USA）：2000.141-147.

［12］賈瑞君.關(guān)于變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)的綜述［J］.電網(wǎng)技術(shù)，1998，22（5）：49-55.

(編輯：向飛)

The Design of a Thermostat Degassing Device Used in theOiland Gas Separation M odule

LIUMing1，DILong1，TAN Jian-min1，HANXiao-jian2，LINMei-chao2
（1.Zhaoqing Power Supply Bureau，Guangdong PowerGrid Corporation，Zhaoqing526060，China；2.Guangdong Hongliang Detection Technology Co.,Ltd.，F(xiàn)oshan528000，China）

TPower transformer isone of the importantelectrical equipment.The dissolved gasanalysis(DGA)of transformer has important significance for detecting incipient transformer fault.This paper introduces several oil and gas separation technologies in detail，and designs a thermostat device.The experimental results show that the thermostat dissolution equilibrium degassing technology has good reproducibility.The developed thermostatic device canmake the temperature of the oil and gas separationmodule stable，and thus ensure the volumeofseparated gasand theaccuracy of the result.

dissolved gases analysis；oil and gas separation technology；dissolution equilibrium degassing technology；thermostat device

TM41

A

1009－9492(2015)04－0079－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.04.021

2014－11－24

劉明，男，1979年生，吉林蛟河人，碩士，工程師。研究領(lǐng)域：電力生產(chǎn)技術(shù)管理。