摘 要：由于現(xiàn)行技術(shù)在油浸式變壓器運維的油化驗中應(yīng)用效果不佳，變壓器故障無法得到精準(zhǔn)檢測，因此本文提出面向油浸式變壓器運維的油化驗技術(shù)研究。利用取樣裝置收集變壓器絕緣油樣本，采用氣相色譜檢測法對變壓器絕緣油進行化驗，采集變壓器油溶解氣體色譜數(shù)據(jù)信息，通過數(shù)據(jù)處理和分析，確定溶解氣體含量以及乙炔飽和含氣量，識別檢測變壓器故障，對油浸式變壓器運維油進行化驗。試驗證明，應(yīng)用本文技術(shù)在油浸式變壓器運維中的故障誤檢比例和漏檢均不超過1%，可以對變壓器故障狀態(tài)進行精準(zhǔn)檢測和維修。

關(guān)鍵詞：油浸式變壓器；油化驗；氣相色譜檢測法；溶解氣體；飽和含氣量

中圖分類號：TM 42 文獻標(biāo)志碼：A

油浸式變壓器是電力系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的變壓器類型之一，它將變壓器油作為冷卻劑和絕緣介質(zhì)，保證了變壓器在長時間、高負(fù)荷運行下的穩(wěn)定性和可靠性。然而，在長期使用過程中，其受到外界環(huán)境、設(shè)備運行條件以及自身化學(xué)性質(zhì)的影響，性能會逐漸發(fā)生變化，這些變化會直接影響變壓器的運行狀態(tài)和健康狀況。因此，對變壓器油進行化驗分析，成為了變壓器運維工作的重要環(huán)節(jié)。目前，針對油浸式變壓器運維的油化驗技術(shù)已經(jīng)取得了顯著發(fā)展。

文獻[1]對變壓器油化驗關(guān)鍵技術(shù)和影響進行了研究，闡述了油化驗的操作要點和注意事項。文獻[2]針對變壓器油化驗數(shù)據(jù)分析和故障診斷問題進行了分析以及實踐應(yīng)用，通過油質(zhì)和色譜分析，確定變壓器狀態(tài)。盡管油化驗技術(shù)在油浸式變壓器運維中取得了顯著的效果，但仍存在一些不足。目前的油化驗技術(shù)雖然能夠檢測變壓器油的多個性能指標(biāo)，但仍存在一定的局限性。例如，對某些特定類型的故障（局部放電、過熱等）來說，目前的化驗技術(shù)可能無法直接進行檢測和定位，因此本文提出面向油浸式變壓器運維的油化驗技術(shù)研究。

1 油浸式變壓器絕緣油取樣

在行業(yè)規(guī)定的指導(dǎo)下，科學(xué)合理地選用取樣裝置，保證變壓器油樣品免受污染或損失。尤其是火力發(fā)電廠的變壓器油采樣和檢測流程，一般都是選擇150 mL的聚丙烯塑料樣品或250 mL的玻璃樣品。但是，不管選用何種材料，在使用前都要經(jīng)過嚴(yán)格預(yù)處理，保證其潔凈度符合NAS1638-0的要求[3]。對變壓器油采樣瓶進行清潔處理，主要包括以下3個步驟：首先，利用高精度超聲波清洗機對取樣瓶進行深度清洗，去除表面的污漬和雜質(zhì)，其次，將清潔好的采樣瓶放入1000級清潔風(fēng)淋室中，對樣品進行純化，最后，采樣瓶干燥、密封，用于采樣。當(dāng)選用變壓器油采樣箱時，盡量選用鋁合金外殼，內(nèi)側(cè)采用軟質(zhì)海綿或硬質(zhì)泡沫塑料，可以起到一定的保護及緩沖作用。

在完成取樣裝置的準(zhǔn)備工作后，立即進行取樣試驗。在這個過程中，必須嚴(yán)格遵守取樣流程，保證操作規(guī)范。選擇在干燥晴朗的天氣進行取樣，并根據(jù)不同的試驗需求合理控制樣品的采集量。例如，當(dāng)進行簡化試驗時，取樣量應(yīng)不少于1000mL，而當(dāng)進行耐壓試驗時，取樣量則需要超過500mL。在采樣過程中，首先，開啟排放閥，排放1000mL左右的變壓器油。其次，用一個清潔的采樣瓶抽取1000mL樣本油，最后，快速將其封好，并將其送到試驗室。當(dāng)處理樣品時，要用清潔的紙張或布包住采樣口，并捆扎牢固，避免樣品油脂受潮或受到污染。如果是對工作中的變壓器進行采樣，就可以直接處理。如果是對已經(jīng)停機的變壓器進行采樣，就必須保證變壓器的油已經(jīng)放置超過8h。對新添加的變壓器油，在采樣前也要保證完全靜止。每次取樣時，應(yīng)采集2～3瓶樣油，并在每個取樣瓶上粘貼標(biāo)簽，標(biāo)明來源、名稱、取樣日期和操作者等信息，以便后續(xù)正確區(qū)分和分析樣油。

2 油浸式變壓器絕緣油化驗

在油浸式變壓器運維過程中，油化驗工作正式啟動前，需要對樣本油液的外觀進行觀察，通過直觀判斷變壓器油的顏色、透明度以及可見雜質(zhì)的數(shù)量等參數(shù)，初步了解油浸式變壓器油的物理性狀及其可能存在的問題。若觀察到油液顏色異常、油體呈現(xiàn)渾濁狀態(tài)或存在大量可見雜質(zhì)，則說明油浸式變壓器內(nèi)部可能存在某種故障或異常狀況[4]。為了更深入地了解油浸式變壓器油的狀態(tài)，當(dāng)外觀檢查發(fā)現(xiàn)異常時，采用氣相色譜分析法對絕緣油進行化驗，獲取油浸式變壓器中溶解氣體的光譜數(shù)據(jù)信息。氣相色譜分析法能夠精確分離和檢測絕緣油中溶解的各種氣體組分，例如氫氣、一氧化碳、二氧化碳以及多種小分子烴類氣體（甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等）。這些氣體的含量和比例能夠間接反映油浸式變壓器的健康狀況。利用這種方法可以及時發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部可能存在的過熱、放電等故障，這也是故障的診斷提供有力依據(jù)[5]。

根據(jù)油浸式變壓器運維需求，此次將型號為KHFA-A4F7氣相色譜檢測儀作為油化驗設(shè)備，具體流程如圖1所示。

根據(jù)實際情況對氣相色譜檢測儀參數(shù)進行設(shè)置，將樣本放入檢測儀中，氣相色譜檢測儀可以檢測試樣中各組在氣相和固定液相間的分配系數(shù)差異，其計算過程如公式（1）所示。

（1）

式中：K為分配系數(shù)；VF為固定相中物質(zhì)濃度；ER為流動相中物質(zhì)濃度[6]。

若分配系數(shù)越大，則說明待測成分中所占的比例越大，其在固定相的滯留時間越長。這會導(dǎo)致各成分在柱層內(nèi)的移動速率不同，因為載氣持續(xù)地將氣體分子推過色譜塔，所以分布過程重復(fù)。由于移動速度存在差別，因此它們之間的差距會逐漸擴大[7]。氣相色譜的流動相通常采用惰性氣體，而固定相則多為具有活性的吸附劑，且需要具備一定的表面積以增強其吸附能力，因此采用活性炭作為固定相。

混合氣體樣品在進入色譜柱后，會經(jīng)歷一個復(fù)雜但高度有序的分離過程。色譜柱內(nèi)部通常填充有特定的吸附劑，因化學(xué)和物理性質(zhì)的差異影響，所以這些吸附劑對不同氣體的吸附強度而有所不同。當(dāng)混合氣體流經(jīng)色譜柱時，各組分受到吸附劑不同程度的吸附作用，在柱內(nèi)呈現(xiàn)不同的移動速率。吸附能力較強的氣體組分會更多地滯留在色譜柱中，移動速度較慢，吸附能力較弱的氣體組分則移動速度較快。

隨著氣體在色譜柱內(nèi)不斷移動，當(dāng)色譜柱長度達到一個特定的值時，吸附能力最差的氣體組分將先完成其在柱內(nèi)的吸附-脫附過程，并從柱層中釋放出來，然后進入檢測器中。這個過程是連續(xù)且有序的，因此，混合氣體中的各個組分將按照它們在色譜柱中吸附能力的強弱順序，依次從柱內(nèi)排出，并進入檢測器。

在檢測器內(nèi)，各氣體組分通過特定的檢測機制（例如熱導(dǎo)檢測器、氫火焰離子化檢測器等）轉(zhuǎn)化為離子流量信號。這些信號經(jīng)過放大后，記錄設(shè)備會捕捉它們，并將其繪制成色譜圖，每一個氣體組分都對應(yīng)一個特定的色譜峰。

色譜峰不僅反映了混合氣體中各組分的存在，而且其峰高和峰面積等特征參數(shù)還蘊含著豐富的信息。峰高通常與組分在混合氣體中的濃度成正比，而峰面積則提供了更為精確的定量信息。通過分析這些色譜峰，可以準(zhǔn)確地確定混合氣體中各組分的種類和含量。

在變壓器油的色譜分析中，這些信息對評估變壓器油的狀態(tài)以及變壓器內(nèi)部可能存在的問題具有至關(guān)重要的意義。例如，通過分析油中溶解的氣體組分及其含量變化，可以及時發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部的過熱、放電等異常情況，為后續(xù)的運維工作提供及時且準(zhǔn)確的參考。

3 油浸式變壓器油化驗數(shù)據(jù)分析

《變壓器設(shè)備油化驗指南》（GB/J 1626—2020）明確指出，當(dāng)油浸式變壓器絕緣油中一氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、水分以及氫氣的含量低于既定的閾值時，即視為油浸式變壓器狀態(tài)異常[8]。具體而言，一氧化碳的閾值為不超過900μL/L，甲烷的閾值為不超過25.45μL/L，乙烷的閾值為不超過5.5μL/L，乙烯的閾值為不超過2.5μL/L，而水分的閾值則不低于10mg/L，氫氣的閾值為不超過150μL/L。為了測定油浸式變壓器絕緣油中各成分的含量，要對變壓器油化驗數(shù)據(jù)進行計算分析，其計算過程如公式（2）所示。

M=（ES/W）K （2）

式中：M為變壓器油溶解氣體的成分含量；E為變壓器油化驗中氣體的色譜強度；S為變壓器油溶解氣體的進氣量；W為變壓器油溶解氣體的溶解度系數(shù)[9]。

利用以上公式計算油浸式變壓器油溶解氣體的含量，并據(jù)此判斷其是否符合既定的標(biāo)準(zhǔn)。一旦某溶解氣體成分的含量超出標(biāo)準(zhǔn)范圍，即表明油浸式變壓器狀態(tài)異常。

基于上述分析結(jié)果，進一步判斷油浸式變壓器的故障類別，對絕緣油狀態(tài)異常的樣本進行乙炔氣體飽和含氣量分析，其計算過程如公式（3）所示。

（3）

式中：V為油浸式變壓器油中溶解氣體乙炔c飽和含氣量；D為上一次油化驗時溶解氣體乙炔c含量值；T為連續(xù)兩次變壓器油化驗時間間隔。根據(jù)溶解氣體乙炔c飽和含氣量數(shù)值所在區(qū)間，確定油浸式變壓器故障類別，其計算過程如公式（4）所示。

（4）

式中：B為油浸式變壓器運維的油化驗結(jié)果；VB為油浸式變壓器局部放電故障；BG為VB油浸式變壓器表示油浸式變壓器電弧放電故障；NK為油浸式變壓器絕緣故障。

通過計算結(jié)果確定變壓器故障類別，對面向油浸式變壓器運維進行油化驗。

4 試驗論證

4.1 試驗準(zhǔn)備與設(shè)計

為了驗證本文提出的面向油浸式變壓器運維的油化驗技術(shù)的性能，以某油浸式變壓器為試驗對象，對該變壓器進行油化驗。為了使此次研究具有一定的參考性和學(xué)術(shù)性價值，將本文技術(shù)與文獻[1]技術(shù)和文獻[2]技術(shù)進行對比。在試驗過程中，油浸式變壓器運行24h內(nèi)，每隔30min采集一次變壓器油樣本，共收集48個油樣本。試驗準(zhǔn)備了一臺氣相色譜檢測儀，對收集的油樣本進行油化驗，參數(shù)設(shè)置：固定相粒度為80目，柱長為100mm，柱徑為4.55mm，載氣采用氮氣，溫度為20℃，溫度保持時間為10s，抑制電流為50mA，進樣體積為10μL。通過色譜檢測，得到油化驗數(shù)據(jù)，隨機選取一個樣本，其油化驗數(shù)據(jù)見表1。

將油化驗數(shù)據(jù)代入公式（3）、公式（4）中，得到變壓器油化驗結(jié)果。為了檢驗技術(shù)性能，將變壓器運維故障誤檢比例和漏檢比例為評價指標(biāo)，具體計算過程如公式（5）、公式（6）所示。

誤檢比例=錯誤檢測樣本數(shù)量/正確檢測樣本數(shù)量（5）

漏檢比例=未檢測到故障樣本數(shù)量/總檢測樣本數(shù)量 （6）

在變壓器運維過程中，準(zhǔn)確檢測故障是制定合理運維策略的基礎(chǔ)。如果誤檢比例過高，就會導(dǎo)致不必要的運維操作和資源浪費，而漏檢比例過高，則可能錯過及時發(fā)現(xiàn)和處理故障的機會，增加變壓器運行的風(fēng)險。因此，選擇誤檢比例和漏檢比例作為評價指標(biāo)，能夠直接影響運維決策的有效性和安全性，需要通過對比3種技術(shù)在變壓器運維中故障誤檢比例和漏檢比例，評價油化驗精度。

4.2 試驗結(jié)果與討論

以變壓器油樣本數(shù)量為變量，表2、表3統(tǒng)計了3種技術(shù)在本次試驗中變壓器故障誤檢比例和漏檢比例。

對比表2、表3中數(shù)據(jù)，得出試驗結(jié)論：在變壓器運維的油化驗場景中，文獻[1]技術(shù)誤檢比例和漏檢比例最高，本文技術(shù)誤檢比例和漏檢比例最低，均不超過1%。因為本文技術(shù)采用先進的取樣裝置收集變壓器絕緣油樣本，所以保證了樣本的代表性和純凈度。這個步驟至關(guān)重要，準(zhǔn)確取樣是后續(xù)分析的基礎(chǔ)，通過避免污染和誤差，提高了分析的準(zhǔn)確性。采用氣相色譜檢測法對變壓器絕緣油化驗。氣相色譜法是一種高靈敏度、高分辨率的分析技術(shù)，特別適用于變壓器油中溶解氣體檢測，它能夠有效地分離和檢測油中微量的氣體成分，提供詳細(xì)的氣體組分信息。在采集變壓器油溶解氣體的色譜數(shù)據(jù)信息后，采用科學(xué)的數(shù)據(jù)處理和分析方法，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。同時，利用先進的算法和模型對氣體含量進行精確計算，包括溶解氣體含量以及乙炔飽和含氣量，為故障識別提供了有力的數(shù)據(jù)支持。

綜上所述，本文技術(shù)在油浸式變壓器運維場景中可以對變壓器故障進行精準(zhǔn)檢測，具有良好的適用性與可行性。

5 結(jié)語

此次研究詳細(xì)探討了面向油浸式變壓器運維的油化驗技術(shù)。從背景介紹到現(xiàn)狀分析，對油化驗技術(shù)有了更深入的理解和認(rèn)識。然而，油化驗技術(shù)仍存在一些不足。隨著變壓器類型和運行環(huán)境逐漸多樣化，對油化驗技術(shù)的要求也越來越高。進一步提高化驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性、降低化驗成本、建立準(zhǔn)確的變壓器油性能變化與設(shè)備故障之間的關(guān)系模型是未來研究中需要重點解決的問題。同時，油化驗技術(shù)只是變壓器運維工作的一部分，在變壓器的全生命周期管理中，還需要結(jié)合其他技術(shù)手段和管理措施，例如在線監(jiān)測、預(yù)防性試驗、狀態(tài)檢修等，共同對變壓器進行全面監(jiān)測和診斷。這樣才能保證變壓器穩(wěn)定運行，為電力系統(tǒng)的安全提供有力保障。

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