變壓器油含氣量現(xiàn)場快速測試技術(shù)研究

袁小芳, 劉子恩, 宋玉梅, 馬鳳翔, 徐霄筱

(1.安徽新力電業(yè)科技咨詢有限責任公司, 安徽 合肥 230022;2.國網(wǎng)安徽省電力有限公司電力科學研究院, 安徽 合肥 230022)

0 引言

變壓器是影響電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運行的重要因素之一，變壓器油中含氣量指標將直接影響變壓器的絕緣性能。變壓器油中含氣量是指溶解在變壓器油中的氣體總含量，包括N2、O2、CO2、CO等氣體。變壓器油中溶解的氣體在高場強的作用下，氣體會發(fā)生電離，當溫度和壓力驟然下降時會形成氣泡并把氣泡拉成長體，極易發(fā)生氣體碰撞游離，造成擊穿，危及設備安全運行[1]。因此，對含氣量進行有效測定和可靠評價尤為重要。國家標準GB/T 7595-2017《運行中變壓器油質(zhì)量標準》[2]對330～500 kV的變壓器、電抗器油中含氣量控制標準給出了明確規(guī)定：投運前為1%、運行中為3%。

由于變壓器油中含氣量有具體的控制指標，國內(nèi)外相繼開展了含氣量測試技術(shù)的相關(guān)研究[3-5]。目前，國內(nèi)外有多種含氣量測試方法，如氣相色譜測定法、二氧化碳洗脫法、真空壓差法等。其中，氣相色譜測定法用于測定油中含氣量的技術(shù)成熟，被廣泛采用。含氣量氣體組分測定對象包括N2、O2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、H2、CO和CO2，N2和O2是油中氣體的主要成分，而空氣也基本由N2和O2組成，這就決定了在整個試驗過程中，空氣對含氣量測定的影響要遠大于對氣體組分測定的影響。

現(xiàn)有的含氣量檢測方法都需要先將變壓器油從變電站現(xiàn)場取回實驗室再進行檢測，無論在油樣采集、保存還是在油樣脫氣試驗過程中，始終存在著油樣中溶解氣體向外逸出和外部空氣進入油樣的弊端，影響試驗準確性。因此，研究一種適用于檢測變壓器油中含氣量的便攜式檢測裝置，以準確評估變壓器油中含氣量，提高一線運維檢測人員工作效率，對于提高電網(wǎng)設備安全運行水平有著重要意義。

1 含氣量現(xiàn)場測試方法

為解決變壓器油中含氣量無法現(xiàn)場檢測、常規(guī)檢測方法誤差大、效率低等問題，采用變壓器油中含氣量現(xiàn)場自動化檢測方法，研制了一種便攜式檢測儀器，實現(xiàn)對變壓器油中含氣量的準確分析。

1.1 無需預抽真空的變壓器油中含氣量檢測方法

無需預抽真空的變壓器油中含氣量檢測裝置的結(jié)構(gòu)設計圖如圖1所示，主要包括：1-油定量容器，2-抽油容器，3-真空度測量裝置，4-活塞，5-進油口，6-出油口，7-排油口，8-濾芯，9-閥門。

圖1 變壓器油中含氣量便攜式檢測裝置結(jié)構(gòu)設計圖

油定量容器1的底端設置有進油口5，油定量容器1的頂端設置有出油口6，真空度測量裝置3(一般為真空計)與油定量容器1連接，進油口5、出油口6和真空度測量裝置3均與油定量容器1之間設置有閥門9。

抽油裝置包括抽油容器2以及設置在抽油容器2內(nèi)的活塞4，活塞4與抽油容器2匹配，不滲透油和漏氣，活塞4與伸出抽油容器2的活塞桿連接，抽油容器2的一端設置有排油口7，并且該端與油定量容器1連接，抽油容器2的另一端設置有連通大氣的開口，與大氣連通的開口內(nèi)設置有濾芯8，該濾芯8能攔截大氣中的顆粒，排油口7和油定量容器1均與抽油容器2之間設置有閥門9，抽油容器2的側(cè)壁上設置有若干體積標志，第N條體積標志到與油定量容器1連接的端部之間的內(nèi)腔體積為油定量容器1體積的N倍(N為正整數(shù))。

為了便于變壓器油的流動，減少活塞4的移動出力，抽油裝置設置在油定量容器1的下方，即在抽油容器2的頂端通過閥門9與油定量容器1的底端連接，排油口7也設置在抽油容器2頂端，與大氣連通的開口設置在抽油容器2底端。

圖1中的體積標志設置有體積標志A和體積標志B，與油定量容器1連接的端部為起始標志O，體積標志A到起始標志O之間的內(nèi)腔體積等于油定量容器1體積，體積標志B到與起始標志O之間的內(nèi)腔體積為油定量容器1體積的兩倍。

裝置的具體操作步驟如下：

步驟1采集油樣準備。將活塞4推至與油定量容器1連接的端部，關(guān)閉所有閥門9，將進油口5與設備的取油閥連接。

步驟2采集油樣。打開出油口6與油定量容器1之間的閥門9，打開進油口5與油定量容器1之間的閥門9，打開設備的取油閥，變壓器油進入油定量容器1，變壓器油充滿油定量容器1后，繼續(xù)進油，待出油口6排出的油量為兩倍油定量容器1體積，關(guān)閉出油口6與油定量容器1之間的閥門9、進油口5與油定量容器1之間的閥門9，關(guān)閉設備的取油閥。這樣操作既排出了設備最初的死油，又清洗了油定量容器1。

步驟3變壓器油中含氣量檢測。打開油定量容器1與抽油容器2之間的閥門9，向另一端移動活塞4，將油定量容器1內(nèi)的變壓器油完全轉(zhuǎn)移到抽油容器2內(nèi)，繼續(xù)移動活塞4，使其與某個體積標志對齊，打開真空度測量裝置3與油定量容器1之間的閥門9，讀取真空度，根據(jù)真空度和氣體體積算出變壓器油中的含氣量值。以體積標志A和體積標志B為例，活塞4移動至體積標志A時可將油定量容器1內(nèi)裝滿的變壓器油完全轉(zhuǎn)移至抽油容器2，若變壓器油中不含有氣體，此時油定量容器1內(nèi)應為絕對真空，由于變壓器油中實際上是含有氣體的，氣體析出會產(chǎn)生“殘壓”，“殘壓”會影響變壓器油中后續(xù)氣體的析出，將活塞4移動至體積標志B，增大體積可減小“殘壓”的影響，促進變壓器油中后續(xù)氣體的析出。

步驟4關(guān)閉油定量容器1與抽油容器2之間的閥門9，打開排油口7與抽油容器2之間的閥門9，將活塞4推至與油定量容器1連接的端部，變壓器油將從排油口7排出，完成檢測流程。

1.2 油中含氣量現(xiàn)場檢測裝置的優(yōu)點

根據(jù)變壓器油油中含氣量現(xiàn)場檢測裝置結(jié)構(gòu)設計圖，研制了變壓器油中含氣量現(xiàn)場檢測裝置，該裝置具有以下優(yōu)點：

(1)通過活塞的移動可實現(xiàn)檢測初始狀態(tài)的絕對真空，無需預抽真空即可通過檢測壓力變化實現(xiàn)變壓器油中含氣量的測量，簡化了試驗流程，縮短了試驗時間；

(2)實現(xiàn)初始真空后，進一步移動活塞，便捷地為變壓器油中溶解氣體的析出提供了空間，減小了“殘壓”對后續(xù)氣體析出的影響；

(3)樣品采集與檢測的一體化開展，實現(xiàn)了變壓器油含氣量現(xiàn)場檢測，避免樣品在采集和運輸過程中與滲入空氣并溶解到油中所帶來的誤差，提高試驗的準確性和可靠性，且樣品無需運輸，減少運輸成本和試驗時間。

2 測試比對數(shù)據(jù)

通過對變壓器油中含氣量檢測方法的改進，計算得到最終含氣量，計算公式如下：

(1)

式中，G表示含氣量；P1表示進油前抽真空得到的壓強值；P2表示進油脫氣后測得的壓強值；P0表示標準大氣壓值；V1表示微量氣體定量管內(nèi)部體積，包含接頭，閥體內(nèi)部死體積；V2表示油定量罐內(nèi)部體積，包含接頭，閥體內(nèi)部死體積；V3表示脫氣罐內(nèi)部體積，包含接頭，閥體內(nèi)部死體積；VL表示進油體積；V表示總體積。

為了摸索合適的試驗流程，分析檢驗結(jié)果是否具有重復性，并與舊含氣量儀器做對比試驗。通過選取兩只注射器同時各取油樣100毫升，針對不同的試驗流程，進行4次試驗，并與實驗室含氣量儀器的測試結(jié)果進行對比分析。

表1 試驗結(jié)果：飽和油(常溫下敞口放置超過一周)

從試驗結(jié)果來看，新型含氣量裝置與實驗室的含氣量儀器的測試結(jié)果偏差不大，完全可以使用新型含氣量測試裝置進行含氣量的測試。為進一步驗證新型含氣量裝置檢測的準確性，分別對不同油樣進行檢測試驗，并與舊儀器檢測結(jié)果比較，結(jié)果如表2所示。表2中，油樣A、B為在空氣中長時間放置的變壓器油，油樣C為新濾油，D、E、F分別為在空氣中放置時間長短排序的變壓器油。從數(shù)據(jù)來看，時間越久，變壓器油中的含氣量增加，新儀器檢測數(shù)據(jù)與經(jīng)過計量部門校驗的色譜儀檢測的結(jié)果較接近，如圖2所示，新儀器對變壓器油中含氣量的檢測有較好的重復性，符合變壓器油中含氣量測試的需求。

表2 新儀器含氣量檢測情況

圖2 新儀器與色譜儀檢測結(jié)果比較

3 結(jié)論

變壓器油中含氣量便攜式檢測裝置，具有便于攜帶、安全性高等優(yōu)勢，該裝置通過與現(xiàn)場充油設備直接連接，能夠準確評估變壓器油中的含氣量，為變壓器設備運行狀態(tài)診斷與評估提供參考。