免轉(zhuǎn)移一體化標(biāo)準(zhǔn)油配油儲油裝置設(shè)計(jì)要點(diǎn)及推廣探討

胡家昊

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司肇慶供電局）

0 引言

隨著電力系統(tǒng)的改革，帶電檢測及狀態(tài)檢修模式不斷創(chuàng)新，絕緣油中溶解氣體檢測裝置應(yīng)用廣泛，呈現(xiàn)出在線監(jiān)測、便攜式檢測的大趨勢。但是現(xiàn)階段也面臨著標(biāo)準(zhǔn)油樣配置難的現(xiàn)實(shí)問題，主要表現(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn)油樣配置裝置體積大、搬運(yùn)難、工作效率低、成本高［1］。在此背景下推廣免轉(zhuǎn)移一體化標(biāo)準(zhǔn)油配油儲油裝置，對于電力工作的有序展開和電力企業(yè)效益的提高具有積極意義。

1 變壓器油色譜監(jiān)測意義

變壓器作為電網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備，其能否安全運(yùn)行對電力系統(tǒng)的可靠性影響極大。變壓器油由于絕緣強(qiáng)度高、冷卻效果好，且可以很好地阻止以氧為主要因素的絕緣紙老化，從而延長變壓器絕緣壽命，因此在大容量、高電壓的變壓器中，一般仍以變壓器油作為主要的絕緣介質(zhì)。變壓器正常運(yùn)行過程中，伴隨著溫度的變化變壓器油會產(chǎn)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，一旦出現(xiàn)變壓器故障，變壓器油產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)十分明顯，油色變化較大［2］。因此，我們可以借助色譜分析法判斷變壓器是否存在故障，基于不同的有色變化區(qū)分變壓器故障類型，并提前采取處理措施，保證變壓器的平穩(wěn)運(yùn)行。變壓器油色譜分析原理很簡單，在變壓器運(yùn)行過程中，變壓器油加上特殊的絕緣材料，能實(shí)現(xiàn)對電流的絕緣，使得變壓器各部件處于安全運(yùn)行狀態(tài)。變壓器油作為典型的油質(zhì)原料，主要構(gòu)成物為烴類有機(jī)物。變壓器運(yùn)行中，內(nèi)部電流轉(zhuǎn)換會促使變壓器油發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。變壓器油原有化合物結(jié)構(gòu)性質(zhì)發(fā)生改變并分解產(chǎn)生氣體，氣體溶解在變壓器油中，使得變壓器油色譜發(fā)生變化。我們可根據(jù)變壓器油的顏色變化了解變壓器的故障類型和程度，而這也需要相應(yīng)的色譜在線監(jiān)測裝置。

2 傳統(tǒng)油色譜在線監(jiān)測裝置應(yīng)用不足

目前傳統(tǒng)油色譜為了讓從變壓器油中分離的氣樣傳輸?shù)缴V柱中，需要使用高純度空氣或高純氮?dú)庾鳛檩d氣，用1～2個鋼瓶儲存高純空氣或者氮?dú)?，但是隨著裝置工作運(yùn)行，不斷地消耗載氣，需要經(jīng)常更換鋼瓶，不僅增加了日常維護(hù)的工作量，給現(xiàn)場運(yùn)行帶來很大的不便，且提高了系統(tǒng)的整體成本。這期間如果載氣不能及時供應(yīng)，導(dǎo)致裝置不能正常工作，變壓器出現(xiàn)異常就不能及時被發(fā)現(xiàn)。一方面，傳統(tǒng)油色譜在線監(jiān)測裝置油氣分離技術(shù)采用不循環(huán)取油的方式，需要定期排油，維護(hù)工作量大，脫氣時間長、效率較低，并且受溫度影響大，定容動態(tài)頂空或正壓動態(tài)吹掃方式存在分離效率低和吹掃氣體進(jìn)入變壓器主體的風(fēng)險。另一方面，目前在油色譜的使用上采用標(biāo)準(zhǔn)油樣進(jìn)行裝置性能測試時，在通過配油裝置配置好測試油樣后需要進(jìn)行油樣轉(zhuǎn)移，但在轉(zhuǎn)移到專用儲油罐及后期的搬運(yùn)過程中，存在一定的困難，標(biāo)準(zhǔn)油樣配置裝置體積過于龐大，難以搬運(yùn)，效率低，裝車及卸車工作量極大，需要叉車或者吊車配合進(jìn)行裝卸車等，成本壓力與日俱增［3］。

3 裝置設(shè)計(jì)初衷

目前對于油色譜的使用，尤其在進(jìn)行在線監(jiān)測工作上，在采用標(biāo)準(zhǔn)油樣進(jìn)行裝置性能測試時，在通過配油裝置配置好測試油樣后需要進(jìn)行油樣轉(zhuǎn)移，但在轉(zhuǎn)移到專用儲油罐及后期的搬運(yùn)過程中，存在前文所述的諸多困難，同時購置整套配油儲油裝置需要投入較大的成本，不利于企業(yè)的效益提高及相關(guān)電力工作的開展。本文提出一種免轉(zhuǎn)移一體化標(biāo)準(zhǔn)油配油儲油裝置，裝置可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)油樣（包括進(jìn)標(biāo)氣和油樣平衡）的配置，并實(shí)現(xiàn)油樣加壓儲存操作。為了提高使用的便捷性，本裝置無需配置后續(xù)的轉(zhuǎn)移動作，其小巧輕便的設(shè)計(jì)能在現(xiàn)場直接開展油樣配置及測試。通過本項(xiàng)目裝置的研制與使用，能提升色譜在線監(jiān)測裝置的測試效率，減少人員工作量，有效縮減配油裝置的購置成本［4］。

4 免轉(zhuǎn)移一體化標(biāo)準(zhǔn)油配油儲油裝置構(gòu)成

設(shè)計(jì)一種免轉(zhuǎn)移一體化標(biāo)準(zhǔn)油配油儲油裝置，主要包括儲油罐、循環(huán)泵、排油氣口等。儲油罐的底部與循環(huán)泵進(jìn)口相連接，循環(huán)泵的出口則與排油氣口相連接。循環(huán)泵的出口與排油氣口連接管道上設(shè)有注氣口，儲油罐的底部則設(shè)計(jì)有出油嘴。排油氣口通過排油氣軟管與儲油罐連接，該裝置所使用的油氣軟管選用的是螺旋狀油氣軟管，并在儲油罐內(nèi)部設(shè)計(jì)活塞，這樣排油氣軟管通過活塞更方便，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場在線色譜檢測。具體來說，進(jìn)出油嘴與儲油罐連接，管道上增設(shè)開關(guān)閥，排油氣口上增設(shè)球閥。所有注氣口均設(shè)計(jì)有封頭，當(dāng)排油氣軟管穿過活塞底面中心時，弧面頂點(diǎn)恰恰位于活塞的底面中心。儲油罐、循環(huán)泵、開關(guān)閥、球閥整個被安置在便攜式箱體中。在配置標(biāo)準(zhǔn)油時，合格的油被注入標(biāo)準(zhǔn)油配置罐中，在油氣推動下使得活塞運(yùn)動。在滿油狀態(tài)下氣源輸出裝置與標(biāo)準(zhǔn)油配置罐接口相連接，氣源輸出裝置向罐內(nèi)輸入氣源推動活塞運(yùn)動，再通過注排氣轉(zhuǎn)化閥及時排出罐內(nèi)氣體。以配置濃度為依據(jù)，注入標(biāo)準(zhǔn)氣體，確定最佳的循環(huán)時間。靜置操作后二次排氣成功，配置出標(biāo)準(zhǔn)油。免轉(zhuǎn)移一體化標(biāo)準(zhǔn)油配油儲油裝置具有小型化、多功能等特點(diǎn)，操作方便。特別強(qiáng)調(diào)的是活塞外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)得到了優(yōu)化。采取雙導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，密封性能更強(qiáng)，內(nèi)部儲油腔集氣結(jié)構(gòu)也得到了優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以保證油腔內(nèi)無明顯氣泡［5］。

5 裝置應(yīng)用亮點(diǎn)

免轉(zhuǎn)移一體化標(biāo)準(zhǔn)油配油儲油裝置是一款功能強(qiáng)大、自動化程度高的油分濃度測定儀，將添加試劑、萃取、油水分離、測量、清洗排廢集成于一個操作平臺，有效提高樣品前處理效率，減少有毒試劑對人員的傷害，并將分析工作者從繁瑣的樣品處理工作中解放出來。免轉(zhuǎn)移一體化標(biāo)準(zhǔn)油配油儲油裝置實(shí)現(xiàn)了實(shí)時監(jiān)測、人機(jī)交互及配置精準(zhǔn)等一系列的功能，可在一臺裝置上實(shí)現(xiàn)油樣配置、儲存等工作，無需進(jìn)行配置后的油樣轉(zhuǎn)移，減少企業(yè)成本的投入，有效提高企業(yè)效益及油色譜操作的安全性與效率。由于免去了配置后的油樣轉(zhuǎn)移與運(yùn)輸?shù)确爆嵅襟E，因此優(yōu)化了油色譜的在線監(jiān)測及運(yùn)維工作，不但便于攜帶，安全性能好，還能為電力系統(tǒng)提供創(chuàng)新的技術(shù)輔助手段。按照目前變電站內(nèi)使用的數(shù)量來計(jì)算，其應(yīng)用后將能減少油色譜設(shè)備運(yùn)行的故障率，推廣價值高。免轉(zhuǎn)移一體化標(biāo)準(zhǔn)油配油儲油裝置的自動化優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下四個方面。

一是全自動流程，將添加溶劑、樣品萃取、樣品轉(zhuǎn)移、樣品位清洗、油水分離、硅酸鎂吸附、測量、排廢及分析報(bào)告生成集成于一體，全程無需人工操作，并可全自動測量油類、石油類和動植物油類含量。二是具有自動進(jìn)樣器系統(tǒng)，抽液系統(tǒng)、萃取系統(tǒng)、清洗系統(tǒng)、升降系統(tǒng)及360°旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)構(gòu)成自動進(jìn)樣器，配備專用萃取杯，可采集完水樣直接上機(jī)，水樣無需轉(zhuǎn)移。三是具有無限循環(huán)測樣系統(tǒng)，在油樣測試過程中，可以實(shí)時添加新的水樣，實(shí)現(xiàn)水樣的無限循環(huán)測量，使儀器在不中斷運(yùn)行的情況下，連續(xù)不間斷測量不低于20個樣品。四是自動進(jìn)樣器設(shè)置專用樣品清洗位，每個樣品萃取完成后，清洗系統(tǒng)啟動，抽取試劑和清洗水全面清洗各管路、泵閥系統(tǒng)，盡可能降低交叉污染。

6 裝置應(yīng)用反饋

某水電站根據(jù)油氣色譜監(jiān)測需要引入免轉(zhuǎn)移一體化標(biāo)準(zhǔn)油配油儲油裝置，無需人員隨機(jī)操作，操作人員在放好油樣后，設(shè)置油樣編號和位置，啟動測試，即可全自動完成進(jìn)樣、測試。操作界面簡便，具有自檢自診、故障預(yù)報(bào)等優(yōu)點(diǎn)。從其使用反饋看，效果理想。一是儀器自動化程度高，減少人為產(chǎn)生的誤差，提高測量準(zhǔn)確度及可重復(fù)性；二是對于苯和甲苯均可有效檢出，對不同配比的標(biāo)樣，檢測誤差小于3%，使儀器真正為實(shí)際水樣服務(wù)；三是可自動完成四氯乙烯檢驗(yàn)、萃取劑添加、液液萃取、油水分離、動植物油分離、油分測量、管路清洗，試劑自動回收等過程。四是在一臺裝置上實(shí)現(xiàn)油樣配置、儲存等工作，無需進(jìn)行配置后的油樣轉(zhuǎn)移，減少企業(yè)成本的投入，有效提高企業(yè)效益及油色譜操作的安全性與效率。五是優(yōu)化了油色譜的在線監(jiān)測及運(yùn)維工作，大大減少油色譜設(shè)備運(yùn)行的故障率。六是整個前處理系統(tǒng)采用全防腐材質(zhì)，并且設(shè)置單獨(dú)的清洗位，可對管路內(nèi)壁、外壁、全管路進(jìn)行模塊化清洗，將交叉污染降至最低，真正做到了一鍵測試、一鍵排油、安全防誤觸，讓絕緣油測試更加方便快捷。

7 裝置應(yīng)用建議

免轉(zhuǎn)移一體化標(biāo)準(zhǔn)油配油儲油裝置采用模塊化設(shè)計(jì)，由現(xiàn)場監(jiān)測主機(jī)獨(dú)立完成，現(xiàn)場監(jiān)測主機(jī)包含色譜數(shù)據(jù)采集處理模塊、油氣分離模塊、氣體檢測模塊、氣源模塊等四個高集成模塊和輔助單元，現(xiàn)場裝配方便，維修便捷。整套系統(tǒng)閉環(huán)設(shè)計(jì)，在系統(tǒng)常規(guī)情況下不會出現(xiàn)故障，但是在特殊情況下，主機(jī)硬件系統(tǒng)一旦發(fā)生故障，在線系統(tǒng)具有自動復(fù)位功能，整套系統(tǒng)會自動重啟，避免硬件死機(jī)、系統(tǒng)癱瘓等問題。在實(shí)際使用中也有相關(guān)的注意事項(xiàng)，運(yùn)維單位必須將在線監(jiān)測裝置視為變壓器的組部件之一，定期對其進(jìn)行巡視、維護(hù)，并應(yīng)注意變壓器油溫、負(fù)荷等的變化，對剛剛投入運(yùn)行的在線監(jiān)測裝置宜增加巡視次數(shù)。

一是保證裝置外殼的接地、屏蔽必須可靠。運(yùn)行初期應(yīng)注意對裝置的讀數(shù)和離線取樣分析數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，并及時予以校正。二是及時檢查氣瓶壓力是否在正常范圍（依照現(xiàn)場廠家規(guī)定執(zhí)行），發(fā)現(xiàn)壓力異常應(yīng)通知檢修人員處理。三是應(yīng)每4h對變壓器油色譜在線監(jiān)測裝置進(jìn)行一次檢測，并實(shí)時上傳數(shù)據(jù)，對于不符合要求的應(yīng)進(jìn)行整改。四是運(yùn)維單位應(yīng)做好監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析、運(yùn)行總結(jié)工作。五是在線監(jiān)測裝置暫不能替代原有的離線取樣測試，檢修部門還應(yīng)根據(jù)常規(guī)周期進(jìn)行取樣分析。當(dāng)在線監(jiān)測裝置反映變壓器色譜出現(xiàn)異常，應(yīng)立即進(jìn)行離線取樣測試，并以后者為主要依據(jù)。六是運(yùn)維人員巡視時應(yīng)檢查監(jiān)測系統(tǒng)軟件是否始終處于正常運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)所用電切換時，應(yīng)及時檢查裝置工作是否正常。

8 結(jié)束語

根據(jù)絕緣油標(biāo)準(zhǔn)并使用絕緣油標(biāo)準(zhǔn)工作油進(jìn)行在線色譜監(jiān)測裝置的校準(zhǔn)，可最大限度保證在線色譜監(jiān)測裝置檢測的準(zhǔn)確性。但受變壓器絕緣油標(biāo)準(zhǔn)工作油制作、儲存、校驗(yàn)分體式設(shè)計(jì)限制，一般無法實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場現(xiàn)配現(xiàn)用。針對分體式設(shè)計(jì)模式下裝置數(shù)量多、體積大、重量大、不方便運(yùn)輸?shù)痊F(xiàn)實(shí)難題，研究免轉(zhuǎn)移一體化標(biāo)準(zhǔn)油配油儲油裝置，全過程自動化操作、一體化運(yùn)行，將合理規(guī)避油樣配置后的轉(zhuǎn)移問題，讓油樣配置儲存集成化，切實(shí)減少企業(yè)成本投入。作為電力系統(tǒng)新的技術(shù)輔助，免轉(zhuǎn)移一體化標(biāo)準(zhǔn)油配油儲油裝置具有較高的推廣價值。