王花蕊

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司東莞供電局）

1 技術(shù)背景分析

絕緣油檢測(cè)是化學(xué)試驗(yàn)專業(yè)的重要工作，通過對(duì)絕緣油開展化學(xué)、物理、電氣性能的測(cè)試工作判斷充油電氣設(shè)備可能存在的過熱或放電故障，而化學(xué)檢測(cè)用測(cè)試儀器的準(zhǔn)確度和精確度對(duì)結(jié)果判斷的影響至關(guān)重要。在實(shí)際試驗(yàn)工作中需要對(duì)測(cè)試設(shè)備定期開展校準(zhǔn)，日常工作時(shí)遇到對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)有懷疑或者不同廠家測(cè)試結(jié)果偏差較大時(shí)也要進(jìn)行儀器準(zhǔn)確性測(cè)試，很多儀器在校準(zhǔn)測(cè)試過程中需要用到標(biāo)準(zhǔn)油或者空白油輔助進(jìn)行。而在線色譜儀是動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)變壓器的關(guān)鍵儀器，在測(cè)試中的準(zhǔn)確性常常受生產(chǎn)廠家、使用環(huán)境、儀器維護(hù)等各種因素影響而降低，另外還存在標(biāo)準(zhǔn)油樣長(zhǎng)時(shí)間貯存而產(chǎn)生的油樣中氣體含量變化問題，進(jìn)而影響檢測(cè)儀器的準(zhǔn)確性，間接地給變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來隱患和危害。

隨著電網(wǎng)化學(xué)監(jiān)督工作要求的不斷提高，絕緣油試驗(yàn)項(xiàng)目不斷增多，其中氣相色譜儀作為油中溶解氣體含量測(cè)試最常見的監(jiān)測(cè)儀器，應(yīng)用十分廣泛。色譜分析儀是應(yīng)用色譜法對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性、定量分析，包括進(jìn)樣系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)記錄和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等?，F(xiàn)代的色譜儀具有穩(wěn)定性、靈敏性、多用性和自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。但其在使用上也存在一定的局限性。

本文提出一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)絕緣油配置裝置的研制，從而實(shí)現(xiàn)用空白油或標(biāo)準(zhǔn)油對(duì)測(cè)試設(shè)備校驗(yàn)或校準(zhǔn)，提高測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度，提升化學(xué)試驗(yàn)專業(yè)綜合試驗(yàn)水平。

2 研發(fā)思路

本文通過對(duì)近幾年來變壓器監(jiān)測(cè)工作的研究，研制出一種標(biāo)準(zhǔn)絕緣油配置裝置。為更好地解決目前絕緣油質(zhì)量監(jiān)督工作中儀器的校準(zhǔn)用空白油、標(biāo)準(zhǔn)油的制備問題，本文作者通過圖書館、檔案館、互聯(lián)網(wǎng)等渠道廣泛查找相關(guān)的文獻(xiàn)資料，并對(duì)查找得到的文獻(xiàn)資料及國(guó)內(nèi)外相關(guān)案例進(jìn)行分析和研究，再在確定的范圍內(nèi)進(jìn)行實(shí)際工作中問題的整理，提出研制本項(xiàng)目裝置的整體研制方案。

3 技術(shù)缺陷現(xiàn)狀

在使用在線色譜儀對(duì)變壓器進(jìn)行絕緣油監(jiān)測(cè)的校驗(yàn)工作中，傳統(tǒng)的校驗(yàn)方法是將配制好的標(biāo)準(zhǔn)油用采樣容器承裝起來，使用時(shí)注入在線色譜儀內(nèi)。但由于傳統(tǒng)的承裝容器較為簡(jiǎn)易，密封性差，因此在操作過程中標(biāo)準(zhǔn)油容易受到污染，加上壓力的不穩(wěn)定，容易引起標(biāo)準(zhǔn)油中的氣體泄漏，導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)油失真。

在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)氣相色譜儀進(jìn)行重現(xiàn)性或準(zhǔn)確性檢驗(yàn)時(shí)，經(jīng)常會(huì)使用到空白油，傳統(tǒng)的空白油制備方法耗時(shí)長(zhǎng)，可操作性差，影響儀器校驗(yàn)結(jié)果。

傳統(tǒng)的容器不具備智能化，操作效率低，為此設(shè)計(jì)一款智能化的標(biāo)準(zhǔn)絕緣油配置裝置從而解決以上問題，同時(shí)降低檢測(cè)時(shí)的人工成本。

4 技術(shù)方案

4.1 技術(shù)研究方向

本項(xiàng)目研究人員通過對(duì)變壓器油中溶解氣體色譜分析在線監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行走訪研究分析，了解到目前對(duì)于絕緣油數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)工作中存在油樣失真等問題。由于現(xiàn)階段所使用的采樣承裝容器較為簡(jiǎn)易，針對(duì)性差，因此本項(xiàng)目組研究人員通過以下方向進(jìn)行創(chuàng)新裝置的研制，包括如何實(shí)現(xiàn)密封性好的油樣裝置研制；如何

降低裝置的體積與重量使其更便于攜帶使用及如何滿足變壓器設(shè)備特點(diǎn)進(jìn)行的輔助校驗(yàn)操作。

4.2 技術(shù)研究?jī)?nèi)容

本文提出一種標(biāo)準(zhǔn)絕緣油配置裝置。裝置是一種可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排抽介質(zhì)、加熱、排空的貯存的多功能一體化智能裝置，能實(shí)現(xiàn)絕緣性好的油樣貯存與配置操作。

4.3 技術(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖1所示，裝置結(jié)構(gòu)包括移動(dòng)箱體、氣壓傳感器、氣動(dòng)抽壓器、控制箱、溫度傳感器、加熱器、貯油罐和手動(dòng)閥接口。其中移動(dòng)箱體包括主體箱體、拉桿、拉手，具有便捷移動(dòng)、體積小等特點(diǎn)。裝置的部件及動(dòng)作原理如下。

圖1 裝置結(jié)構(gòu)圖

（1）移動(dòng)箱體

為了保證本裝置的便攜性與安全性，裝置設(shè)計(jì)了一個(gè)帶拉桿外殼的防護(hù)箱。箱體具有防震、防潮、抗壓的防護(hù)功能，能便于工作人員外出攜帶。

（2）氣壓傳感器

為了保證相關(guān)壓力參數(shù)的準(zhǔn)確性，本系統(tǒng)PLC通過總線連接溫度和壓力傳感器，對(duì)應(yīng)指令的參數(shù)是由用戶在觸摸屏上設(shè)置的相關(guān)加熱、壓力、時(shí)間等操作參數(shù)。

（3）氣動(dòng)抽壓器

氣動(dòng)抽壓器包括氣源和電磁閥，可實(shí)現(xiàn)介質(zhì)抽排。

（4）控制箱

如圖1所示，裝置控制箱包括電源、PLC、觸摸顯示屏、繼電器、放大器，能實(shí)現(xiàn)控制、采集及操作功能。

（5）溫度傳感器

溫度傳感器可配合壓力傳感器進(jìn)行放大，調(diào)制處理后將對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)回傳到PLC，使其跟進(jìn)控制形成閉環(huán)回路。

（6）加熱器

當(dāng)觸摸屏加熱開關(guān)打開，加熱器接收來自PLC的電控信號(hào)，打開加熱器實(shí)現(xiàn)加熱，當(dāng)達(dá)到溫度值，停止加熱，實(shí)現(xiàn)加熱恒溫。

（7）貯油罐

貯油罐是作為介質(zhì)存儲(chǔ)的地方，具有密封性好的特點(diǎn)。同時(shí)具有被PLC對(duì)貯存缸的壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)控制作用。

（8）手動(dòng)閥門

當(dāng)溫度傳感器和壓力傳感器進(jìn)行放大、調(diào)制處理后將對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)回傳到PLC后，PLC快速跟進(jìn)控制形成閉環(huán)回路，此時(shí)配合手動(dòng)閥門的操作，可達(dá)到恒溫自動(dòng)排氣及抽介質(zhì)的目的。此處手動(dòng)閥門能配合形成加壓、抽壓及排空的動(dòng)作，其原理如下：

加壓：關(guān)閉手動(dòng)閥門前提下，當(dāng)觸摸屏加壓開關(guān)打開，內(nèi)部真空泵向內(nèi)部腔體注氣，電磁閥A打開，電磁閥B關(guān)閉，此時(shí)A氣管氣體向下加壓，當(dāng)達(dá)到壓力值時(shí)，停止加壓，實(shí)現(xiàn)排油動(dòng)作。

抽壓：關(guān)閉手動(dòng)閥門前提下，當(dāng)觸摸屏抽壓開關(guān)打開，內(nèi)部真空泵向內(nèi)部腔體抽氣，電磁閥B打開，電磁閥A關(guān)閉，此時(shí)B氣管氣體向上抽壓，當(dāng)達(dá)到壓力值時(shí)，停止抽壓，實(shí)現(xiàn)注油動(dòng)作。

排空：打開手動(dòng)閥門前提下，當(dāng)觸摸屏排空開關(guān)打開，內(nèi)部真空泵向內(nèi)部腔體注氣，電磁閥A打開，電磁閥B關(guān)閉，此時(shí)A氣管氣體向下加壓，當(dāng)達(dá)到延時(shí)時(shí)，停止加壓，實(shí)現(xiàn)排空動(dòng)作。

隨著電網(wǎng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)項(xiàng)目不斷增多，試驗(yàn)項(xiàng)目不斷擴(kuò)項(xiàng)，其中色譜儀作為最常見的監(jiān)測(cè)儀器，應(yīng)用十分廣泛。色譜分析儀是應(yīng)用色譜法對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性、定量分析及研究物質(zhì)的物理、化學(xué)特性的儀器。包括進(jìn)樣系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)、記錄和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)以及流動(dòng)相控制系統(tǒng)等?，F(xiàn)代的色譜儀具有穩(wěn)定性、靈敏性、多用性和自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。但其在使用上也存在一定的局限性。

4.4 技術(shù)原理

本裝置的技術(shù)原理在于根據(jù)離心法、過濾法分離油中水分和雜質(zhì)等技術(shù)原理進(jìn)行油中雜質(zhì)的去除。根據(jù)絕緣油中溶解氣體的分配定律原理，對(duì)密閉空間的絕緣油通過連續(xù)不斷的通惰性氣體、攪拌的方法來置換油中的溶解氣體，達(dá)到制備空白油的目的，通過在油中持續(xù)通過已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣體使各種組分氣體 溶解到絕緣油中，達(dá)到制備標(biāo)準(zhǔn)油的目的，如圖2所示。通過程序編寫，實(shí)現(xiàn)裝置各流程自動(dòng)控制。

圖2 裝置連接圖

在實(shí)現(xiàn)其功能時(shí)，裝置通過觸摸屏與PLC進(jìn)行串行數(shù)據(jù)連接交互，PLC通過io連接加熱器與電磁閥等，PLC通過總線連接溫度和壓力傳感器，對(duì)應(yīng)指令的參數(shù)是由用戶在觸摸屏上設(shè)置，包括相關(guān)加熱、壓力、時(shí)間等操作參數(shù)；當(dāng)用戶的操作指令被觸發(fā)，PLC則執(zhí)行對(duì)應(yīng)的子程序指令控制氣源和電磁閥、對(duì)貯存缸的壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制，同時(shí)PLC通過加熱器進(jìn)行溫度的控制。溫度傳感器和壓力傳感器進(jìn)行放大、調(diào)制處理后將對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)回傳到PLC，PLC快速跟進(jìn)控制形成閉環(huán)回路，同時(shí)配合手動(dòng)閥門的操作，進(jìn)而達(dá)到恒溫自動(dòng)排及抽介質(zhì)的目的； 當(dāng)操作過程中如有采集超限，則產(chǎn)生報(bào)警提示，操作中斷保護(hù)。

4.5 技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)

本項(xiàng)目研發(fā)裝置技術(shù)關(guān)鍵在于通過設(shè)計(jì)氮?dú)?、?biāo)氣進(jìn)排氣系統(tǒng)，絕緣油循環(huán)系統(tǒng)，計(jì)時(shí)器控制通氣時(shí)間等實(shí)現(xiàn)絕緣油中氣體的置換；同時(shí)設(shè)計(jì)儲(chǔ)油系統(tǒng)通過離心振蕩功能、安裝過濾裝置及絕緣油加熱的方法實(shí)現(xiàn)水分和雜質(zhì)的去除。

本裝置同時(shí)可通過觸摸屏與PLC進(jìn)行串行數(shù)據(jù)連接交互，同時(shí)溫度傳感器和壓力傳感器進(jìn)行放大、調(diào)制處理后可將對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)回傳到PLC，PLC便能快速跟進(jìn)控制形成閉環(huán)回路，進(jìn)而達(dá)到恒溫自動(dòng)排及抽介質(zhì)的目的。裝置也設(shè)有中斷保護(hù)設(shè)計(jì)，當(dāng)操作過程中如有采集超限，會(huì)產(chǎn)生報(bào)警提示，啟動(dòng)中斷保護(hù)功能。

5 方案實(shí)施

5.1 方案提出

對(duì)于調(diào)研后獲得的資料進(jìn)行研究分析后，初步提出設(shè)計(jì)方案，包括裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、各部件連接關(guān)系及使用材料等，利用相關(guān)軟件繪制設(shè)計(jì)方案圖，經(jīng)多方討論設(shè)計(jì)出不同的設(shè)計(jì)方案，再篩選出最適合的方案，明確最終的方案。

5.2 工具的研制

根據(jù)設(shè)計(jì)方案，試制出一種標(biāo)準(zhǔn)絕緣油配置裝置，當(dāng)中包括完成原材料的采購(gòu)，零件的加工，按照設(shè)計(jì)圖進(jìn)行鑲嵌，最后完成設(shè)備的裝配。

5.3 檢測(cè)試驗(yàn)

在整體裝配完成后，必須對(duì)完成的裝置進(jìn)行模擬環(huán)境下的檢驗(yàn)及測(cè)試，發(fā)現(xiàn)存在的問題并針對(duì)問題對(duì)工具進(jìn)行整體優(yōu)化改造。改造后提供試驗(yàn)人員試用，綜合反饋意見及使用效果，試驗(yàn)成功后完成設(shè)計(jì)的技術(shù)文檔的整理及完成整個(gè)項(xiàng)目。

6 工具應(yīng)用

本標(biāo)準(zhǔn)絕緣油配置裝置針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)絕緣油、空白油購(gòu)置困難或不符合儀器要求的問題，在日常試驗(yàn)工作中經(jīng)常遇到對(duì)儀器試驗(yàn)結(jié)果懷疑或不同廠家儀器測(cè)試結(jié)果誤差較大情況下，需要用標(biāo)準(zhǔn)油對(duì)儀器進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。通過配置標(biāo)準(zhǔn)油、空白油，實(shí)現(xiàn)絕緣油相關(guān)測(cè)試儀器檢驗(yàn)的校驗(yàn)和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性對(duì)比，有效提高絕緣油試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確率，為充油電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)分析判斷提供可靠依據(jù)。

裝置研發(fā)后進(jìn)行實(shí)地使用試驗(yàn)效果分析。使用人員在使用后均一致好評(píng)，通過裝置的使用，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排抽介質(zhì)、加熱、排空、貯存等一系列功能，有效減少油樣失真等情況，提高工作效率，并減少人工勞動(dòng)量，因此裝置可得到廣泛推廣使用，有巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

7 效益與推廣

本文提出的標(biāo)準(zhǔn)絕緣油配置裝置，能在實(shí)際工作中推廣應(yīng)用，其使用需求量大，裝置在研制成功并投入使用后，將能很大程度地提高整體用電安全的管理水平與質(zhì)量把控，避免了油樣失真造成的數(shù)據(jù)誤差，提高變壓器在線監(jiān)測(cè)工作質(zhì)量，優(yōu)化相關(guān)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)操作。作者后期將在裝置使用后進(jìn)行效果反饋意見收集，并進(jìn)行優(yōu)化改良，以更好地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)。