一種便攜式儲油裝置的研制與應用

李學鋒， 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研究院，寧夏 銀川 750011 2.寧夏匯才工程服務有限公司，寧夏 銀川 750001)

油中溶解氣體在線監(jiān)測系統(tǒng)是變電站智能化的重要建設內(nèi)容，其監(jiān)測可靠性直接影響著變壓器的故障診斷與預測[1-3]，因其能夠?qū)崟r監(jiān)測變壓器油中溶解氣體含量，有效克服了離線檢測試驗周期長的缺點[4-5]，近年來，油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置得到廣泛應用。就寧夏地區(qū)而言，截止2019年12月，已實現(xiàn)220 kV及以上電壓等級變壓器和電抗器油色譜在線監(jiān)測裝置的全覆蓋，但由于油中溶解氣體在線監(jiān)測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行后裝置出現(xiàn)油路污堵、滲油、油氣分離單元、檢測單元老化等問題都會導致油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置準確性降低現(xiàn)象[6]，甚至出現(xiàn)部分裝置在線監(jiān)測數(shù)據(jù)與離線數(shù)據(jù)相對偏差不符合標準要求。為此，急需一種可方便攜帶、儲存標準油樣的裝置對入網(wǎng)及現(xiàn)場裝置進行校驗，保證油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置檢測數(shù)據(jù)的準確性，確保變壓器安全有效運行。

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)測裝置標準油樣校準裝置(以下簡稱配油裝置)，用于標準油樣的配置與在線色譜裝置的校準[7]，但配油裝置體積龐大，運往現(xiàn)場進行試驗存在運輸及裝卸困難，費時費力，且來回運輸及拆卸對油樣準確性和穩(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)測裝置運往實驗室進行試驗，需將其油路、氣路、電路、網(wǎng)絡等進行拆卸，完成試驗后再進行恢復，恢復后還需對其油路、氣路進行密封性檢查，稍有不慎，就會存在漏油、漏氣等現(xiàn)象，且現(xiàn)場拆卸、運輸、試驗，試驗完成后安裝，整個過程工序較多，檢測周期較長，導致變壓器處于失控狀態(tài)時間較長；另外，從安全層面考慮，載氣氣瓶屬于壓力容器，在運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輸?shù)膬τ脱b置進行油中溶解氣體在線裝置的校驗工作。

2 儲油裝置研制

2.1 結(jié)構(gòu)及功能設計

儲油裝置主要由兩大部分組成：一部分是標準油樣儲存系統(tǒng)，用于標準油樣的儲存，應具有良好的密封性能，確保標準油樣在1個校驗周期內(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)測裝置的校準在同一標準油樣下進行；另一部分是控制系統(tǒng)，在進油狀態(tài)時，保持內(nèi)部為常壓，確保配油裝置內(nèi)標準油樣順利、快速進入儲油裝置內(nèi)；在檢定狀態(tài)時，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)測裝置可正常取樣分析；在排油狀態(tài)時，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)時的壓力可通過壓力調(diào)節(jié)旋鈕手動調(diào)節(jié)，所有狀態(tài)按鈕通過觸摸屏點擊實現(xiàn)。具有輕便、容易攜帶、現(xiàn)場操作簡單等特點。

圖1 儲油裝置結(jié)構(gòu)

另外，市場中現(xiàn)有色譜法、光聲光譜法、紅外光譜法不同類型的在線監(jiān)測裝置，該儲油裝置應能解決與不同類型在線監(jiān)測裝置的連接問題，力爭達到“一機多用”的功能。

2.2 工作流程

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

(2)當放氣閥有油溢出時，關閉放氣閥，操作配油裝置，停止向儲油裝置中注油，拔出進油快插，注油完畢；

(3)實驗室取油口可使用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)切換開關切換至“取油狀態(tài)”，內(nèi)置空氣泵產(chǎn)生氣體進入氣缸內(nèi)，利用氣體壓力驅(qū)動氣缸，這時打開實驗取油口實現(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)測裝置直接對接，使用螺栓固定，然后打開蝶閥閥門，紅外光譜在線監(jiān)測裝置可開始進行油中溶解氣體的檢測；

(5)檢測工作完成后，可同時打開放氣閥和放油閥，從罐體中排出廢油。

3 功能性驗證

在進行油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置的測量誤差試驗、測量重復性試驗、交叉敏感性試驗等相關實驗時，要求在線監(jiān)測裝置與離線色譜裝置需在同一油樣下進行實驗[9]，所以，在進行溶解氣體在線監(jiān)測裝置的校準試驗時，保持儲油裝置中油樣良好的穩(wěn)定性和均勻性是校準試驗成功的重要保證。

3.1 試驗設備

表1 試驗設備

3.2 配置油樣濃度

本試驗配置了3種不同濃度的油樣對該儲油裝置中油樣的穩(wěn)定性能進行驗證，具體配置濃度見表2。

表2 標準油樣濃度配置

3.3 穩(wěn)定性試驗驗證

(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號針頭及雙頭針頭若干備用[10]。

(2)將配置好的標準油樣注入到儲油裝置中，并將儲油裝置推到氣相色譜實驗室備用，防止取樣途中氣體逸散對試驗結(jié)果的影響。

(3)利用實驗室中分2000B氣相色譜分析儀進行儲油裝置的密封性能試驗，每天上午由同一名操作者對儲油裝置中油樣進行取樣分析，排除人員誤差可能造成的影響。檢測完成后，記錄數(shù)據(jù)，分析標準油樣的穩(wěn)定性。

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

表3 低濃度試驗結(jié)果

表4 中濃度試驗結(jié)果

表5 高濃度試驗結(jié)果

表6 穩(wěn)定性試驗結(jié)果

從表中可以看出，各特征組分濃度隨時間推移均有不同程度的降低。其中，在第5天時，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)測裝置測量重復性要求相當，(在重復性條件下，6次測試結(jié)果的相對標準偏差RSD≤5%)[9]，所以，1個校驗周期內(nèi)(一般為3～5天)，試驗油樣不回到儲油裝置的情況下，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，其損失率在15%左右，第15天損失率在20%。本次試驗，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[9]中低濃度總烴含量低于10 μL/L，乙炔含量接近檢測最低限值(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至最高檢測限之間，所以，在配油過程中，合理控制各等級濃度，可確保配置油樣長時間多次使用，減少配油工作人力、物力的浪費。

3.4 均勻性驗證

在試驗當天同一時間對低濃度和中濃度2個濃度的標準油樣分別在儲油裝置的實驗室取油口處(中部)、放油閥處(下部)進行取樣分析，驗證標準油樣在儲油裝置不同位置處特征組分濃度是否一致。實驗結(jié)果如表7、表8所示。

表7 低濃度試驗結(jié)果

表8 中濃度試驗結(jié)果

因2個位置油樣均屬于同一儲油裝置的油樣，固其均勻性考核指標可參考文獻[10]中2次測量結(jié)果的重復性來考量，當氣體濃度大于10 μL/L時，兩次測定值之差應小于平均值的10%，當氣體濃度小于10 μL/L時，兩次測定值之差小于平均值的15%加兩倍該組分氣體最低檢測限之和。從表7、表8中可以看出，2種濃度各組分2次檢測值之差均小于平均值的10%，所以，可認為標準油樣在儲油裝置中均勻性較好，滿足在線監(jiān)測裝置校準試驗要求。

4 現(xiàn)場應用

4.1 應用概況

將此儲油裝置用于寧夏電網(wǎng)油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置的入網(wǎng)校驗和運行裝置現(xiàn)場校驗，其中，入網(wǎng)校驗38臺，運行裝置現(xiàn)場校驗6臺，新裝置入網(wǎng)校驗率為100%。具體校驗情況如表9所示。

表9 在線監(jiān)測裝置校驗情況分布

4.2 發(fā)現(xiàn)的問題

(1)在入網(wǎng)校驗過程中發(fā)現(xiàn)：A廠家1臺裝置色譜柱污染，導致基線不穩(wěn)，檢測數(shù)據(jù)重復性不符合標準要求；B廠家1臺裝置的脫氣裝置故障，無法開展試驗；C廠家1臺裝置的主板網(wǎng)口故障，無法進行采樣計劃的下達和數(shù)據(jù)處理。廠家對此3臺裝置全部進行了相關部件的更換，確保了全部油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置0故障入網(wǎng)運行。

(2)在校驗過程中發(fā)現(xiàn)：A廠家大部分裝置1-4個特征組分的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)與離線數(shù)據(jù)不符合標準要求，需廠家對其裝置油氣混合系數(shù)進行修正后再次進行校準試驗才能達到標準要求；B廠家大部分裝置CO2含量在線監(jiān)測數(shù)據(jù)與離線數(shù)據(jù)不符合標準要求，需廠家對其算法中計算系數(shù)進行修正后再次進行校準試驗才能達到標準要求。對在線監(jiān)測數(shù)據(jù)與離線數(shù)據(jù)不符合標準要求全部進行了校準，確保了入網(wǎng)油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置檢測數(shù)據(jù)的準確性。

(3)在現(xiàn)場校驗過程中發(fā)現(xiàn)有2臺油色譜在線監(jiān)測裝置因使用年限太長，相關部件老化嚴重，已無法通過調(diào)整油氣混合系數(shù)或者算法系數(shù)來進行校準，建議裝置所屬單位對其進行更換，確保相應變壓器油中特征組分數(shù)據(jù)監(jiān)測的準確性。

5 結(jié) 論

(1)對便攜式儲油裝置的主要功能及結(jié)構(gòu)進行開發(fā)設計，使其能滿足操作簡單、方便攜帶與運輸、穩(wěn)定儲存標準油樣的功能。

(2)對便攜式儲油裝置中儲存的標準油樣進行了穩(wěn)定性和均勻性驗證，驗證結(jié)果表明油樣的穩(wěn)定性和均勻性在滿足實驗要求的基礎上，可進行長時間儲存多次使用，節(jié)省人力物力。

(3)開展了現(xiàn)場應用相關工作，發(fā)現(xiàn)了在線監(jiān)測裝置配件故障、在線值與離線值相對偏差不符合標準要求、裝置運行時間長、部件老化嚴重無法準確監(jiān)測油中特征組分等相關問題，保證在線監(jiān)測裝置零故障入網(wǎng)運行及檢測數(shù)據(jù)的準確性。