李學(xué)鋒， 盛樂， 潘潔，王一波，陳浩

(1.國網(wǎng)寧夏電力有限公司電力科學(xué)研究院，寧夏 銀川 750011 2.寧夏匯才工程服務(wù)有限公司，寧夏 銀川 750001)

油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是變電站智能化的重要建設(shè)內(nèi)容，其監(jiān)測(cè)可靠性直接影響著變壓器的故障診斷與預(yù)測(cè)[1-3]，因其能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)變壓器油中溶解氣體含量，有效克服了離線檢測(cè)試驗(yàn)周期長的缺點(diǎn)[4-5]，近年來，油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置得到廣泛應(yīng)用。就寧夏地區(qū)而言，截止2019年12月，已實(shí)現(xiàn)220 kV及以上電壓等級(jí)變壓器和電抗器油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置的全覆蓋，但由于油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置安裝在變壓器旁邊，變壓器電磁干擾、環(huán)境溫濕度影響以及長期運(yùn)行后裝置出現(xiàn)油路污堵、滲油、油氣分離單元、檢測(cè)單元老化等問題都會(huì)導(dǎo)致油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置準(zhǔn)確性降低現(xiàn)象[6]，甚至出現(xiàn)部分裝置在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與離線數(shù)據(jù)相對(duì)偏差不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。為此，急需一種可方便攜帶、儲(chǔ)存標(biāo)準(zhǔn)油樣的裝置對(duì)入網(wǎng)及現(xiàn)場(chǎng)裝置進(jìn)行校驗(yàn)，保證油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，確保變壓器安全有效運(yùn)行。

1 提出問題

目前，國內(nèi)已經(jīng)研制并使用了變壓器中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置標(biāo)準(zhǔn)油樣校準(zhǔn)裝置(以下簡稱配油裝置)，用于標(biāo)準(zhǔn)油樣的配置與在線色譜裝置的校準(zhǔn)[7]，但配油裝置體積龐大，運(yùn)往現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)存在運(yùn)輸及裝卸困難，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且來回運(yùn)輸及拆卸對(duì)油樣準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性都有一定影響；另外，若將問題油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置運(yùn)往實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)，需將其油路、氣路、電路、網(wǎng)絡(luò)等進(jìn)行拆卸，完成試驗(yàn)后再進(jìn)行恢復(fù)，恢復(fù)后還需對(duì)其油路、氣路進(jìn)行密封性檢查，稍有不慎，就會(huì)存在漏油、漏氣等現(xiàn)象，且現(xiàn)場(chǎng)拆卸、運(yùn)輸、試驗(yàn)，試驗(yàn)完成后安裝，整個(gè)過程工序較多，檢測(cè)周期較長，導(dǎo)致變壓器處于失控狀態(tài)時(shí)間較長；另外，從安全層面考慮，載氣氣瓶屬于壓力容器，在運(yùn)輸過程中存在一定的安全隱患[8]。為此，急需一種便于攜帶與運(yùn)輸?shù)膬?chǔ)油裝置進(jìn)行油中溶解氣體在線裝置的校驗(yàn)工作。

2 儲(chǔ)油裝置研制

2.1 結(jié)構(gòu)及功能設(shè)計(jì)

儲(chǔ)油裝置主要由兩大部分組成：一部分是標(biāo)準(zhǔn)油樣儲(chǔ)存系統(tǒng)，用于標(biāo)準(zhǔn)油樣的儲(chǔ)存，應(yīng)具有良好的密封性能，確保標(biāo)準(zhǔn)油樣在1個(gè)校驗(yàn)周期內(nèi)保持良好的穩(wěn)定性和均勻性，使油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置的校準(zhǔn)在同一標(biāo)準(zhǔn)油樣下進(jìn)行；另一部分是控制系統(tǒng)，在進(jìn)油狀態(tài)時(shí)，保持內(nèi)部為常壓，確保配油裝置內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)油樣順利、快速進(jìn)入儲(chǔ)油裝置內(nèi)；在檢定狀態(tài)時(shí)，可將罐體內(nèi)升壓至一定壓力(變壓器絕緣油靜壓)，保證油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置可正常取樣分析；在排油狀態(tài)時(shí)，提高罐體內(nèi)部壓力，可快速將內(nèi)部油樣排出。裝置檢定狀態(tài)和排油狀態(tài)時(shí)的壓力可通過壓力調(diào)節(jié)旋鈕手動(dòng)調(diào)節(jié)，所有狀態(tài)按鈕通過觸摸屏點(diǎn)擊實(shí)現(xiàn)。具有輕便、容易攜帶、現(xiàn)場(chǎng)操作簡單等特點(diǎn)。

圖1 儲(chǔ)油裝置結(jié)構(gòu)

另外，市場(chǎng)中現(xiàn)有色譜法、光聲光譜法、紅外光譜法不同類型的在線監(jiān)測(cè)裝置，該儲(chǔ)油裝置應(yīng)能解決與不同類型在線監(jiān)測(cè)裝置的連接問題，力爭(zhēng)達(dá)到“一機(jī)多用”的功能。

2.2 工作流程

(1)將配油裝置進(jìn)油快插與儲(chǔ)油裝置連接，打開放氣閥，狀態(tài)切換開關(guān)切換至“進(jìn)油狀態(tài)”，操作配油裝置，往儲(chǔ)油裝置中注油；

(2)當(dāng)放氣閥有油溢出時(shí)，關(guān)閉放氣閥，操作配油裝置，停止向儲(chǔ)油裝置中注油，拔出進(jìn)油快插，注油完畢；

(3)實(shí)驗(yàn)室取油口可使用100 mL玻璃注射器取油，用于油樣檢定。具體取油方式為接通220 AC電源，狀態(tài)切換開關(guān)切換至“取油狀態(tài)”，內(nèi)置空氣泵產(chǎn)生氣體進(jìn)入氣缸內(nèi)，利用氣體壓力驅(qū)動(dòng)氣缸，這時(shí)打開實(shí)驗(yàn)取油口實(shí)現(xiàn)注射器取油；

(4)DN50蝶閥用于與油中溶解氣體的紅外光譜在線監(jiān)測(cè)裝置直接對(duì)接，使用螺栓固定，然后打開蝶閥閥門，紅外光譜在線監(jiān)測(cè)裝置可開始進(jìn)行油中溶解氣體的檢測(cè)；

(5)檢測(cè)工作完成后，可同時(shí)打開放氣閥和放油閥，從罐體中排出廢油。

3 功能性驗(yàn)證

在進(jìn)行油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置的測(cè)量誤差試驗(yàn)、測(cè)量重復(fù)性試驗(yàn)、交叉敏感性試驗(yàn)等相關(guān)實(shí)驗(yàn)時(shí)，要求在線監(jiān)測(cè)裝置與離線色譜裝置需在同一油樣下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)[9]，所以，在進(jìn)行溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置的校準(zhǔn)試驗(yàn)時(shí)，保持儲(chǔ)油裝置中油樣良好的穩(wěn)定性和均勻性是校準(zhǔn)試驗(yàn)成功的重要保證。

3.1 試驗(yàn)設(shè)備

表1 試驗(yàn)設(shè)備

3.2 配置油樣濃度

本試驗(yàn)配置了3種不同濃度的油樣對(duì)該儲(chǔ)油裝置中油樣的穩(wěn)定性能進(jìn)行驗(yàn)證，具體配置濃度見表2。

表2 標(biāo)準(zhǔn)油樣濃度配置

3.3 穩(wěn)定性試驗(yàn)驗(yàn)證

(1)選擇氣密性良好、芯塞靈活無卡澀的100 mL專用玻璃注射器、注射器用橡膠封帽、牙科5號(hào)針頭及雙頭針頭若干備用[10]。

(2)將配置好的標(biāo)準(zhǔn)油樣注入到儲(chǔ)油裝置中，并將儲(chǔ)油裝置推到氣相色譜實(shí)驗(yàn)室備用，防止取樣途中氣體逸散對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。

(3)利用實(shí)驗(yàn)室中分2000B氣相色譜分析儀進(jìn)行儲(chǔ)油裝置的密封性能試驗(yàn)，每天上午由同一名操作者對(duì)儲(chǔ)油裝置中油樣進(jìn)行取樣分析，排除人員誤差可能造成的影響。檢測(cè)完成后，記錄數(shù)據(jù)，分析標(biāo)準(zhǔn)油樣的穩(wěn)定性。

根據(jù)儲(chǔ)油裝置內(nèi)組分含量隨時(shí)間推移的變化情況，得出儲(chǔ)油裝置密封性能的優(yōu)劣。儲(chǔ)油裝置內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)油樣隨時(shí)間推移氣體組分變化情況如表3至表5所示。

表3 低濃度試驗(yàn)結(jié)果

表4 中濃度試驗(yàn)結(jié)果

表5 高濃度試驗(yàn)結(jié)果

表6 穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果

從表中可以看出，各特征組分濃度隨時(shí)間推移均有不同程度的降低。其中，在第5天時(shí)，各特征組分損失率普遍低于5%，與油中溶解氣體多組分在線監(jiān)測(cè)裝置測(cè)量重復(fù)性要求相當(dāng)，(在重復(fù)性條件下，6次測(cè)試結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD≤5%)[9]，所以，1個(gè)校驗(yàn)周期內(nèi)(一般為3～5天)，試驗(yàn)油樣不回到儲(chǔ)油裝置的情況下，油樣各特征組分損失率普遍低于5%的良好穩(wěn)定性可滿足使用要求。

油樣在第10天時(shí)，其損失率在15%左右，第15天損失率在20%。本次試驗(yàn)，中濃度第1天總烴值為117.46 μL/L，第15天為96.91 μL/L，高濃度第1天總烴值為200.26 μL/L，第15天為158.93 μL/L。文獻(xiàn)[9]中低濃度總烴含量低于10 μL/L，乙炔含量接近檢測(cè)最低限值(0.1 μL/L)；中濃度總烴含量介于10～150 μL/L；高濃度總烴含量介于150 μL/L至最高檢測(cè)限之間，所以，在配油過程中，合理控制各等級(jí)濃度，可確保配置油樣長時(shí)間多次使用，減少配油工作人力、物力的浪費(fèi)。

3.4 均勻性驗(yàn)證

在試驗(yàn)當(dāng)天同一時(shí)間對(duì)低濃度和中濃度2個(gè)濃度的標(biāo)準(zhǔn)油樣分別在儲(chǔ)油裝置的實(shí)驗(yàn)室取油口處(中部)、放油閥處(下部)進(jìn)行取樣分析，驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)油樣在儲(chǔ)油裝置不同位置處特征組分濃度是否一致。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表7、表8所示。

表7 低濃度試驗(yàn)結(jié)果

表8 中濃度試驗(yàn)結(jié)果

因2個(gè)位置油樣均屬于同一儲(chǔ)油裝置的油樣，固其均勻性考核指標(biāo)可參考文獻(xiàn)[10]中2次測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性來考量，當(dāng)氣體濃度大于10 μL/L時(shí)，兩次測(cè)定值之差應(yīng)小于平均值的10%，當(dāng)氣體濃度小于10 μL/L時(shí)，兩次測(cè)定值之差小于平均值的15%加兩倍該組分氣體最低檢測(cè)限之和。從表7、表8中可以看出，2種濃度各組分2次檢測(cè)值之差均小于平均值的10%，所以，可認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)油樣在儲(chǔ)油裝置中均勻性較好，滿足在線監(jiān)測(cè)裝置校準(zhǔn)試驗(yàn)要求。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

4.1 應(yīng)用概況

將此儲(chǔ)油裝置用于寧夏電網(wǎng)油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置的入網(wǎng)校驗(yàn)和運(yùn)行裝置現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)，其中，入網(wǎng)校驗(yàn)38臺(tái)，運(yùn)行裝置現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)6臺(tái)，新裝置入網(wǎng)校驗(yàn)率為100%。具體校驗(yàn)情況如表9所示。

表9 在線監(jiān)測(cè)裝置校驗(yàn)情況分布

4.2 發(fā)現(xiàn)的問題

(1)在入網(wǎng)校驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)：A廠家1臺(tái)裝置色譜柱污染，導(dǎo)致基線不穩(wěn)，檢測(cè)數(shù)據(jù)重復(fù)性不符合標(biāo)準(zhǔn)要求；B廠家1臺(tái)裝置的脫氣裝置故障，無法開展試驗(yàn)；C廠家1臺(tái)裝置的主板網(wǎng)口故障，無法進(jìn)行采樣計(jì)劃的下達(dá)和數(shù)據(jù)處理。廠家對(duì)此3臺(tái)裝置全部進(jìn)行了相關(guān)部件的更換，確保了全部油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置0故障入網(wǎng)運(yùn)行。

(2)在校驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)：A廠家大部分裝置1-4個(gè)特征組分的在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與離線數(shù)據(jù)不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，需廠家對(duì)其裝置油氣混合系數(shù)進(jìn)行修正后再次進(jìn)行校準(zhǔn)試驗(yàn)才能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求；B廠家大部分裝置CO2含量在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與離線數(shù)據(jù)不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，需廠家對(duì)其算法中計(jì)算系數(shù)進(jìn)行修正后再次進(jìn)行校準(zhǔn)試驗(yàn)才能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。對(duì)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與離線數(shù)據(jù)不符合標(biāo)準(zhǔn)要求全部進(jìn)行了校準(zhǔn)，確保了入網(wǎng)油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

(3)在現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)有2臺(tái)油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置因使用年限太長，相關(guān)部件老化嚴(yán)重，已無法通過調(diào)整油氣混合系數(shù)或者算法系數(shù)來進(jìn)行校準(zhǔn)，建議裝置所屬單位對(duì)其進(jìn)行更換，確保相應(yīng)變壓器油中特征組分?jǐn)?shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性。

5 結(jié) 論

(1)對(duì)便攜式儲(chǔ)油裝置的主要功能及結(jié)構(gòu)進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)，使其能滿足操作簡單、方便攜帶與運(yùn)輸、穩(wěn)定儲(chǔ)存標(biāo)準(zhǔn)油樣的功能。

(2)對(duì)便攜式儲(chǔ)油裝置中儲(chǔ)存的標(biāo)準(zhǔn)油樣進(jìn)行了穩(wěn)定性和均勻性驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果表明油樣的穩(wěn)定性和均勻性在滿足實(shí)驗(yàn)要求的基礎(chǔ)上，可進(jìn)行長時(shí)間儲(chǔ)存多次使用，節(jié)省人力物力。

(3)開展了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用相關(guān)工作，發(fā)現(xiàn)了在線監(jiān)測(cè)裝置配件故障、在線值與離線值相對(duì)偏差不符合標(biāo)準(zhǔn)要求、裝置運(yùn)行時(shí)間長、部件老化嚴(yán)重?zé)o法準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)油中特征組分等相關(guān)問題，保證在線監(jiān)測(cè)裝置零故障入網(wǎng)運(yùn)行及檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。