变压器油含气量现场快速测试技术研究

袁小芳, 刘子恩, 宋玉梅, 马凤翔, 徐霄筱

(1.安徽新力电业科技咨询有限责任公司, 安徽 合肥 230022;2.国网安徽省电力有限公司电力科学研究院, 安徽 合肥 230022)

0 引言

变压器是影响电网安全、稳定运行的重要因素之一，变压器油中含气量指标将直接影响变压器的绝缘性能。变压器油中含气量是指溶解在变压器油中的气体总含量，包括N2、O2、CO2、CO等气体。变压器油中溶解的气体在高场强的作用下，气体会发生电离，当温度和压力骤然下降时会形成气泡并把气泡拉成长体，极易发生气体碰撞游离，造成击穿，危及设备安全运行[1]。因此，对含气量进行有效测定和可靠评价尤为重要。国家标准GB/T 7595-2017《运行中变压器油质量标准》[2]对330～500 kV的变压器、电抗器油中含气量控制标准给出了明确规定：投运前为1%、运行中为3%。

由于变压器油中含气量有具体的控制指标，国内外相继开展了含气量测试技术的相关研究[3-5]。目前，国内外有多种含气量测试方法，如气相色谱测定法、二氧化碳洗脱法、真空压差法等。其中，气相色谱测定法用于测定油中含气量的技术成熟，被广泛采用。含气量气体组分测定对象包括N2、O2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、H2、CO和CO2，N2和O2是油中气体的主要成分，而空气也基本由N2和O2组成，这就决定了在整个试验过程中，空气对含气量测定的影响要远大于对气体组分测定的影响。

现有的含气量检测方法都需要先将变压器油从变电站现场取回实验室再进行检测，无论在油样采集、保存还是在油样脱气试验过程中，始终存在着油样中溶解气体向外逸出和外部空气进入油样的弊端，影响试验准确性。因此，研究一种适用于检测变压器油中含气量的便携式检测装置，以准确评估变压器油中含气量，提高一线运维检测人员工作效率，对于提高电网设备安全运行水平有着重要意义。

1 含气量现场测试方法

为解决变压器油中含气量无法现场检测、常规检测方法误差大、效率低等问题，采用变压器油中含气量现场自动化检测方法，研制了一种便携式检测仪器，实现对变压器油中含气量的准确分析。

1.1 无需预抽真空的变压器油中含气量检测方法

无需预抽真空的变压器油中含气量检测装置的结构设计图如图1所示，主要包括：1-油定量容器，2-抽油容器，3-真空度测量装置，4-活塞，5-进油口，6-出油口，7-排油口，8-滤芯，9-阀门。

图1 变压器油中含气量便携式检测装置结构设计图

油定量容器1的底端设置有进油口5，油定量容器1的顶端设置有出油口6，真空度测量装置3(一般为真空计)与油定量容器1连接，进油口5、出油口6和真空度测量装置3均与油定量容器1之间设置有阀门9。

抽油装置包括抽油容器2以及设置在抽油容器2内的活塞4，活塞4与抽油容器2匹配，不渗透油和漏气，活塞4与伸出抽油容器2的活塞杆连接，抽油容器2的一端设置有排油口7，并且该端与油定量容器1连接，抽油容器2的另一端设置有连通大气的开口，与大气连通的开口内设置有滤芯8，该滤芯8能拦截大气中的颗粒，排油口7和油定量容器1均与抽油容器2之间设置有阀门9，抽油容器2的侧壁上设置有若干体积标志，第N条体积标志到与油定量容器1连接的端部之间的内腔体积为油定量容器1体积的N倍(N为正整数)。

为了便于变压器油的流动，减少活塞4的移动出力，抽油装置设置在油定量容器1的下方，即在抽油容器2的顶端通过阀门9与油定量容器1的底端连接，排油口7也设置在抽油容器2顶端，与大气连通的开口设置在抽油容器2底端。

图1中的体积标志设置有体积标志A和体积标志B，与油定量容器1连接的端部为起始标志O，体积标志A到起始标志O之间的内腔体积等于油定量容器1体积，体积标志B到与起始标志O之间的内腔体积为油定量容器1体积的两倍。

装置的具体操作步骤如下：

步骤1采集油样准备。将活塞4推至与油定量容器1连接的端部，关闭所有阀门9，将进油口5与设备的取油阀连接。

步骤2采集油样。打开出油口6与油定量容器1之间的阀门9，打开进油口5与油定量容器1之间的阀门9，打开设备的取油阀，变压器油进入油定量容器1，变压器油充满油定量容器1后，继续进油，待出油口6排出的油量为两倍油定量容器1体积，关闭出油口6与油定量容器1之间的阀门9、进油口5与油定量容器1之间的阀门9，关闭设备的取油阀。这样操作既排出了设备最初的死油，又清洗了油定量容器1。

步骤3变压器油中含气量检测。打开油定量容器1与抽油容器2之间的阀门9，向另一端移动活塞4，将油定量容器1内的变压器油完全转移到抽油容器2内，继续移动活塞4，使其与某个体积标志对齐，打开真空度测量装置3与油定量容器1之间的阀门9，读取真空度，根据真空度和气体体积算出变压器油中的含气量值。以体积标志A和体积标志B为例，活塞4移动至体积标志A时可将油定量容器1内装满的变压器油完全转移至抽油容器2，若变压器油中不含有气体，此时油定量容器1内应为绝对真空，由于变压器油中实际上是含有气体的，气体析出会产生“残压”，“残压”会影响变压器油中后续气体的析出，将活塞4移动至体积标志B，增大体积可减小“残压”的影响，促进变压器油中后续气体的析出。

步骤4关闭油定量容器1与抽油容器2之间的阀门9，打开排油口7与抽油容器2之间的阀门9，将活塞4推至与油定量容器1连接的端部，变压器油将从排油口7排出，完成检测流程。

1.2 油中含气量现场检测装置的优点

根据变压器油油中含气量现场检测装置结构设计图，研制了变压器油中含气量现场检测装置，该装置具有以下优点：

(1)通过活塞的移动可实现检测初始状态的绝对真空，无需预抽真空即可通过检测压力变化实现变压器油中含气量的测量，简化了试验流程，缩短了试验时间；

(2)实现初始真空后，进一步移动活塞，便捷地为变压器油中溶解气体的析出提供了空间，减小了“残压”对后续气体析出的影响；

(3)样品采集与检测的一体化开展，实现了变压器油含气量现场检测，避免样品在采集和运输过程中与渗入空气并溶解到油中所带来的误差，提高试验的准确性和可靠性，且样品无需运输，减少运输成本和试验时间。

2 测试比对数据

通过对变压器油中含气量检测方法的改进，计算得到最终含气量，计算公式如下：

(1)

式中，G表示含气量；P1表示进油前抽真空得到的压强值；P2表示进油脱气后测得的压强值；P0表示标准大气压值；V1表示微量气体定量管内部体积，包含接头，阀体内部死体积；V2表示油定量罐内部体积，包含接头，阀体内部死体积；V3表示脱气罐内部体积，包含接头，阀体内部死体积；VL表示进油体积；V表示总体积。

为了摸索合适的试验流程，分析检验结果是否具有重复性，并与旧含气量仪器做对比试验。通过选取两只注射器同时各取油样100毫升，针对不同的试验流程，进行4次试验，并与实验室含气量仪器的测试结果进行对比分析。

表1 试验结果：饱和油(常温下敞口放置超过一周)

从试验结果来看，新型含气量装置与实验室的含气量仪器的测试结果偏差不大，完全可以使用新型含气量测试装置进行含气量的测试。为进一步验证新型含气量装置检测的准确性，分别对不同油样进行检测试验，并与旧仪器检测结果比较，结果如表2所示。表2中，油样A、B为在空气中长时间放置的变压器油，油样C为新滤油，D、E、F分别为在空气中放置时间长短排序的变压器油。从数据来看，时间越久，变压器油中的含气量增加，新仪器检测数据与经过计量部门校验的色谱仪检测的结果较接近，如图2所示，新仪器对变压器油中含气量的检测有较好的重复性，符合变压器油中含气量测试的需求。

表2 新仪器含气量检测情况

图2 新仪器与色谱仪检测结果比较

3 结论

变压器油中含气量便携式检测装置，具有便于携带、安全性高等优势，该装置通过与现场充油设备直接连接，能够准确评估变压器油中的含气量，为变压器设备运行状态诊断与评估提供参考。