一种便携式储油装置的研制与应用

李学锋， 盛乐， 潘洁，王一波，陈浩

(1.国网宁夏电力有限公司电力科学研究院，宁夏 银川 750011 2.宁夏汇才工程服务有限公司，宁夏 银川 750001)

油中溶解气体在线监测系统是变电站智能化的重要建设内容，其监测可靠性直接影响着变压器的故障诊断与预测[1-3]，因其能够实时监测变压器油中溶解气体含量，有效克服了离线检测试验周期长的缺点[4-5]，近年来，油中溶解气体在线监测装置得到广泛应用。就宁夏地区而言，截止2019年12月，已实现220 kV及以上电压等级变压器和电抗器油色谱在线监测装置的全覆盖，但由于油中溶解气体在线监测装置安装在变压器旁边，变压器电磁干扰、环境温湿度影响以及长期运行后装置出现油路污堵、渗油、油气分离单元、检测单元老化等问题都会导致油中溶解气体在线监测装置准确性降低现象[6]，甚至出现部分装置在线监测数据与离线数据相对偏差不符合标准要求。为此，急需一种可方便携带、储存标准油样的装置对入网及现场装置进行校验，保证油中溶解气体在线监测装置检测数据的准确性，确保变压器安全有效运行。

1 提出问题

目前，国内已经研制并使用了变压器中溶解气体在线监测装置标准油样校准装置(以下简称配油装置)，用于标准油样的配置与在线色谱装置的校准[7]，但配油装置体积庞大，运往现场进行试验存在运输及装卸困难，费时费力，且来回运输及拆卸对油样准确性和稳定性都有一定影响；另外，若将问题油中溶解气体在线监测装置运往实验室进行试验，需将其油路、气路、电路、网络等进行拆卸，完成试验后再进行恢复，恢复后还需对其油路、气路进行密封性检查，稍有不慎，就会存在漏油、漏气等现象，且现场拆卸、运输、试验，试验完成后安装，整个过程工序较多，检测周期较长，导致变压器处于失控状态时间较长；另外，从安全层面考虑，载气气瓶属于压力容器，在运输过程中存在一定的安全隐患[8]。为此，急需一种便于携带与运输的储油装置进行油中溶解气体在线装置的校验工作。

2 储油装置研制

2.1 结构及功能设计

储油装置主要由两大部分组成：一部分是标准油样储存系统，用于标准油样的储存，应具有良好的密封性能，确保标准油样在1个校验周期内保持良好的稳定性和均匀性，使油中溶解气体在线监测装置的校准在同一标准油样下进行；另一部分是控制系统，在进油状态时，保持内部为常压，确保配油装置内标准油样顺利、快速进入储油装置内；在检定状态时，可将罐体内升压至一定压力(变压器绝缘油静压)，保证油中溶解气体在线监测装置可正常取样分析；在排油状态时，提高罐体内部压力，可快速将内部油样排出。装置检定状态和排油状态时的压力可通过压力调节旋钮手动调节，所有状态按钮通过触摸屏点击实现。具有轻便、容易携带、现场操作简单等特点。

图1 储油装置结构

另外，市场中现有色谱法、光声光谱法、红外光谱法不同类型的在线监测装置，该储油装置应能解决与不同类型在线监测装置的连接问题，力争达到“一机多用”的功能。

2.2 工作流程

(1)将配油装置进油快插与储油装置连接，打开放气阀，状态切换开关切换至“进油状态”，操作配油装置，往储油装置中注油；

(2)当放气阀有油溢出时，关闭放气阀，操作配油装置，停止向储油装置中注油，拔出进油快插，注油完毕；

(3)实验室取油口可使用100 mL玻璃注射器取油，用于油样检定。具体取油方式为接通220 AC电源，状态切换开关切换至“取油状态”，内置空气泵产生气体进入气缸内，利用气体压力驱动气缸，这时打开实验取油口实现注射器取油；

(4)DN50蝶阀用于与油中溶解气体的红外光谱在线监测装置直接对接，使用螺栓固定，然后打开蝶阀阀门，红外光谱在线监测装置可开始进行油中溶解气体的检测；

(5)检测工作完成后，可同时打开放气阀和放油阀，从罐体中排出废油。

3 功能性验证

在进行油中溶解气体在线监测装置的测量误差试验、测量重复性试验、交叉敏感性试验等相关实验时，要求在线监测装置与离线色谱装置需在同一油样下进行实验[9]，所以，在进行溶解气体在线监测装置的校准试验时，保持储油装置中油样良好的稳定性和均匀性是校准试验成功的重要保证。

3.1 试验设备

表1 试验设备

3.2 配置油样浓度

本试验配置了3种不同浓度的油样对该储油装置中油样的稳定性能进行验证，具体配置浓度见表2。

表2 标准油样浓度配置

3.3 稳定性试验验证

(1)选择气密性良好、芯塞灵活无卡涩的100 mL专用玻璃注射器、注射器用橡胶封帽、牙科5号针头及双头针头若干备用[10]。

(2)将配置好的标准油样注入到储油装置中，并将储油装置推到气相色谱实验室备用，防止取样途中气体逸散对试验结果的影响。

(3)利用实验室中分2000B气相色谱分析仪进行储油装置的密封性能试验，每天上午由同一名操作者对储油装置中油样进行取样分析，排除人员误差可能造成的影响。检测完成后，记录数据，分析标准油样的稳定性。

根据储油装置内组分含量随时间推移的变化情况，得出储油装置密封性能的优劣。储油装置内标准油样随时间推移气体组分变化情况如表3至表5所示。

表3 低浓度试验结果

表4 中浓度试验结果

表5 高浓度试验结果

表6 稳定性试验结果

从表中可以看出，各特征组分浓度随时间推移均有不同程度的降低。其中，在第5天时，各特征组分损失率普遍低于5%，与油中溶解气体多组分在线监测装置测量重复性要求相当，(在重复性条件下，6次测试结果的相对标准偏差RSD≤5%)[9]，所以，1个校验周期内(一般为3～5天)，试验油样不回到储油装置的情况下，油样各特征组分损失率普遍低于5%的良好稳定性可满足使用要求。

油样在第10天时，其损失率在15%左右，第15天损失率在20%。本次试验，中浓度第1天总烃值为117.46 μL/L，第15天为96.91 μL/L，高浓度第1天总烃值为200.26 μL/L，第15天为158.93 μL/L。文献[9]中低浓度总烃含量低于10 μL/L，乙炔含量接近检测最低限值(0.1 μL/L)；中浓度总烃含量介于10～150 μL/L；高浓度总烃含量介于150 μL/L至最高检测限之间，所以，在配油过程中，合理控制各等级浓度，可确保配置油样长时间多次使用，减少配油工作人力、物力的浪费。

3.4 均匀性验证

在试验当天同一时间对低浓度和中浓度2个浓度的标准油样分别在储油装置的实验室取油口处(中部)、放油阀处(下部)进行取样分析，验证标准油样在储油装置不同位置处特征组分浓度是否一致。实验结果如表7、表8所示。

表7 低浓度试验结果

表8 中浓度试验结果

因2个位置油样均属于同一储油装置的油样，固其均匀性考核指标可参考文献[10]中2次测量结果的重复性来考量，当气体浓度大于10 μL/L时，两次测定值之差应小于平均值的10%，当气体浓度小于10 μL/L时，两次测定值之差小于平均值的15%加两倍该组分气体最低检测限之和。从表7、表8中可以看出，2种浓度各组分2次检测值之差均小于平均值的10%，所以，可认为标准油样在储油装置中均匀性较好，满足在线监测装置校准试验要求。

4 现场应用

4.1 应用概况

将此储油装置用于宁夏电网油中溶解气体在线监测装置的入网校验和运行装置现场校验，其中，入网校验38台，运行装置现场校验6台，新装置入网校验率为100%。具体校验情况如表9所示。

表9 在线监测装置校验情况分布

4.2 发现的问题

(1)在入网校验过程中发现：A厂家1台装置色谱柱污染，导致基线不稳，检测数据重复性不符合标准要求；B厂家1台装置的脱气装置故障，无法开展试验；C厂家1台装置的主板网口故障，无法进行采样计划的下达和数据处理。厂家对此3台装置全部进行了相关部件的更换，确保了全部油中溶解气体在线监测装置0故障入网运行。

(2)在校验过程中发现：A厂家大部分装置1-4个特征组分的在线监测数据与离线数据不符合标准要求，需厂家对其装置油气混合系数进行修正后再次进行校准试验才能达到标准要求；B厂家大部分装置CO2含量在线监测数据与离线数据不符合标准要求，需厂家对其算法中计算系数进行修正后再次进行校准试验才能达到标准要求。对在线监测数据与离线数据不符合标准要求全部进行了校准，确保了入网油中溶解气体在线监测装置检测数据的准确性。

(3)在现场校验过程中发现有2台油色谱在线监测装置因使用年限太长，相关部件老化严重，已无法通过调整油气混合系数或者算法系数来进行校准，建议装置所属单位对其进行更换，确保相应变压器油中特征组分数据监测的准确性。

5 结 论

(1)对便携式储油装置的主要功能及结构进行开发设计，使其能满足操作简单、方便携带与运输、稳定储存标准油样的功能。

(2)对便携式储油装置中储存的标准油样进行了稳定性和均匀性验证，验证结果表明油样的稳定性和均匀性在满足实验要求的基础上，可进行长时间储存多次使用，节省人力物力。

(3)开展了现场应用相关工作，发现了在线监测装置配件故障、在线值与离线值相对偏差不符合标准要求、装置运行时间长、部件老化严重无法准确监测油中特征组分等相关问题，保证在线监测装置零故障入网运行及检测数据的准确性。