变压器油中溶解气体色谱分析标准油配制装置的研发

变压器油中溶解气体色谱分析标准油配制装置的研发

王海霞

（国网甘肃省电力公司检修公司）

摘要：要提高在线色谱监测装置测量结果的准确程度，借助变压器油中溶解气体标准油配制系统，其采用绝压值定量配制混合气体的方法，将混合气体浓度值与目标值偏差较大的问题有效解决，配制标准油的准确性得到提高。

关键词：变压器油；标准油；色谱分析；配置装置

引言电力变压器作为电力系统中一项重要运行设备，变压器设备的安全性能显得尤为重要。预防性试验通过使用气相色谱法检测变压器绝缘油中溶解气体的组分含量，是判断充油电气设备运行监督过程中内部故障的有效途径。监督检测中不受外界因素干扰，不用对设备断电，能实现对运行中充油设备内部绝缘状况的定期监测，提高设备安全运行的可靠性。

1标准油配制系统的理论依据、工作原理及量值稳定性

1.1理论依据。当前，在线色谱分析技术已在电力行业广泛应用，为电力设备安全运行提供了重要保障。但是，当在线色谱监测系统安装在变压器上时，其对变压器故障判断的准确性无法得到有效考证，在线色谱监测装置时常出现误报警现象。为了现场校验在线色谱装置输出结果的准确度，通过设计变压器油溶解气体的标准油全自动配制装置，现场连接在线色谱检测系统，利用在线色谱检测系统对标准变压器油各组分含量进行测定，将测定结果与标准油浓度进行比较，就可以测出在线色谱监测装置测量结果的准确程度。气体在气相和液相的分配定律显示，在一定的压力和温度条件下，满足动态平衡条件时，油中溶解气体含量和气相中的相应组分含量之间的分配系数是固定的，可以用Ki=Cil/Cig来表达。该式中Cil代表在平衡条件下溶解气体i组分在液相中的浓度μL/L（气体体积μL/液体体积L）；Cig代表平衡条件下溶解气体i组分在气相中的浓度μL/L（气体体积μL/气体体积L），也叫做体积分数；Ki代表试验温度下气、液平衡后溶解气体i组分的分配系数，即气体溶解系数。当处在恒温恒压条件下装有油样的密闭系统，气体能在液、气两相达到分配平衡，就可以根据相关公式将目标气体组分溶解在油相中浓度计算出来。需要说明的是，当温度、压力发生变化时，油和气体的体积也会跟着改变，所以配制过程中要尽量保证恒温、恒压状态。溶解气体标准变压器油配制时，要在标准油配制装置内注入定量的标准混合气，保持恒温条件，确保标准混合气和空白油有效融合，标准混合气和油实现气液平衡状态。然后选择样品油样用色谱仪进行检测，通过相关计算，将油中气体各组分含量的真值求出。

1.2标准油配制装置及工作原理。标准油配制系统由两部分组成，一部分是提供定量气体组分的常压气体配制装置，另一部分是具有恒温恒压功能的配制油箱。

首先对常压气体配制装置及工作原理进行介绍。常压气体配制装置采用六通阀，通过调整六通阀的压力来调整配制气体的组分含量，实现了定容量、定气体组分含量，整个系统通过计算机控制。采用单一组分的原料气有氢气、甲烷、乙烯、乙烷、乙炔、一氧化碳、二氧化碳、氮气8种。配制过程如下：先清洗和用空气吹扫整个系统，将系统抽成真空。然后综合考虑原料气各组分浓度、原料气出口压力、所需配制混合气体各组分浓度、定量管的体积，进行适量配气，配气时要先对定量管内所需原料气的压力进行计算。假设原料气出口压力固定值是p0，假设计算的配制混合气定量管所需原料气的压力值是p1，当p1>p0时，将原料气阀门和定量管电磁阀打开，定量管充入原料气，p1=p0；将定量管电磁阀关闭，压力调节气缸阀打开，压力调节气缸充入原料气，原料气阀门关闭，定量管电磁阀再次打开，通过压力调节气缸压力补偿定量管，绝压传感器压力值显示为p1时，将压力调节缸阀和定量管电磁阀关闭，混合气体收集气缸阀打开，混合气体收集气缸会吸收定量管内的气体；当p1<p0时，将原料气阀门和定量管电磁阀打开，定量管充入原料气，p1=p0，原料气阀门关闭，压力调节气缸阀打开，通过压力调节气缸进行调节，绝压传感器上压力值达到p1，将压力调节气缸阀和定量管电磁阀关闭，混合气体收集气缸阀打开，混合气体收集气缸会吸收定量管内的气体和原料气。按照此种方法以此类推，就能完成其他6种气体和底气的收集，实现标准混合气体配制。

其次，介绍标准油样的配制和工作原理。采用底板加热配制油箱方式，温度可在40-80℃范围内调节，使用气压和真空泵联用方法进行恒压控制，将压力控制50-200kPa范围之间。标准油配制通常设计油箱体积为20L，进油后加热到设定温度再通入氮气，对空白油气体饱和后将氮气排空。使用常压气体配制装置，用标准混合气体收集气缸将标准混合气转移到配制油箱。同时对气囊压力进行调节，根据压力传感器设定配制压力。按照平衡原理得知标准油配制油箱内的气囊压力和标准混合气的压力相等，打开循环泵在恒温、恒压状态下油气循环20分钟后关闭循环泵再静置10分钟，待油、气平衡后再进行转移。平衡气转移方式如下，平衡气转移时，右侧气缸内的活塞前端要和气缸壁紧贴，将气缸电磁阀关闭，油箱顶部气体排空阀和油箱底部的胶囊连接阀同时打开，推动活塞将平衡气转移到右侧气缸。右侧气缸体积和标准油配制油箱内平衡气的体积是相等的，活塞移动到右侧气缸末端时，油箱内的平衡气就完全转移到右侧气缸，根据液位传感器判断平衡气是否转移完毕。一旦转移完毕就实现了变压器油中溶解气体标准油的配制。

1.3标准油量值的稳定性。利用制冷和加热设备模拟环境温度变化，对标准油在极限温度变化下的量值稳定性进行了实验考察。县使用变压器油中溶解气体标准油配制系统配置标准油，并转移到标准油保存容器。然后在模拟-5、50℃极限温度环境下考察标准油量值的稳定性，通过气相色谱检测数据显示，在模拟极限温度-5、50℃环境下，配制的标准油在保存装置中量值稳定性很好，保存期限超过了180天。

2标准油配制装置发挥的作用

2.1标准油配置装置采用绝压值定量配制混合气体的方法，解决了配制出的混合气体实际浓度与目标浓度偏差大的问题，不仅可以准确配制任意组分和浓度的混合气体，而且具备稳定性高、操作简单的特点。

2.2标准油配制油箱采用负压配制原理配制变压器油色谱分析标准油，气体在变压器油中的溶解系数大大减小，溶解气体稳定性高且容易保存，标准油的稳定性和可靠性得到保障，常压配制出的标准油浓度单一问题得到了解决。

2.3变压器油色谱分析标准油配制采用平衡气等压转移方法，油气平衡破坏导致所配标准油浓度改变难题得以解决，平衡气转移过程中气体回溶、平衡气转移不完全现象得到根治。

结语通过负压配制方法和改变压力，任意组分、浓度的混合气体都可以准确配制，经过在模拟极限环境温度下实验，其数据量值稳定期高于180天，不确定度控制在10%以下，满足了国家二级标准物质的标准，保存装置适合普通运输环境内使用。变压器油中溶解气体标准油配制系统实现了标准油目标组分、目标浓度的精确配制，实验结果表明该系统具有较高的实际应用价值。

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