引言

絕緣油氣相色譜是一種檢測(cè)分析變壓器故障的便捷有效手段。近年來,隨著在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用,在線油色譜廣泛應(yīng)用于高壓變壓器油中溶解氣體的檢測(cè),在線油色譜監(jiān)測(cè)具有快速、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn),但目前在線色譜廠家多,在線色譜脫氣方式多樣,存在由于脫氣裝置本身缺陷導(dǎo)致色譜載氣進(jìn)入變壓器油中的風(fēng)險(xiǎn),給變壓器安全運(yùn)行帶來極大隱患。

1基于在線油色譜脫氣方式原理及脫氣裝置結(jié)構(gòu)的安全性分析

目前在線色譜脫氣方式主要應(yīng)用有膜分離脫氣、真空全脫氣、頂空脫氣等。

(1)膜分離脫氣是采用無孔致密的高分子膜,它會(huì)阻擋油的滲透,而對(duì)于油中溶解的氣體是可透的。膜的一側(cè)為變壓器油,另一側(cè)是通有載氣的氣室。膜兩側(cè)的氣體存在壓力差,只要溶解在油中的各組分氣體有分壓差,該組分就會(huì)從高壓側(cè)進(jìn)入低壓側(cè)。變壓器油中氣體透過高分子膜的過程:氣體流向膜,與膜面接觸,氣體溶入膜表面,氣體在濃度差推動(dòng)下,在膜內(nèi)擴(kuò)散,到達(dá)膜的另一表面,氣體從膜表面釋出,然后在載氣的推動(dòng)下進(jìn)入色譜檢測(cè)室。膜分離示意圖如圖1所示。

在膜出現(xiàn)破損、蠕動(dòng)、老化的情況下,載氣將滲透過膜進(jìn)入變壓器油中。2013年,某電力公司發(fā)現(xiàn)有10余臺(tái)高壓變壓器在線油色譜的載氣(氦氣)進(jìn)入變壓器油中。經(jīng)實(shí)驗(yàn)室氣相色譜儀檢測(cè),通過出峰時(shí)間與出峰面積的核對(duì),發(fā)現(xiàn)此10余臺(tái)高壓變壓器油中的氦氣含量均超過20μL/L,其中氦氣含量最高值達(dá)到200μL/L,遠(yuǎn)高于廠家允許值。

實(shí)驗(yàn)室中由某臺(tái)高壓變壓器油得到的氦氣譜圖如圖2中的1號(hào)峰所示。

實(shí)驗(yàn)室中檢測(cè)部分變壓器油,得到氦氣和其他特征氣體數(shù)據(jù)如表1所示。

本次某電力公司發(fā)現(xiàn)的10余臺(tái)高壓變壓器在線色譜載氣進(jìn)入變壓器油中,多數(shù)采用以膜分離技術(shù)為原理的脫氣方式。另外,根據(jù)高壓變壓器的長(zhǎng)期運(yùn)行記錄,采用以膜分離技術(shù)為原理的脫氣方式還存在另一個(gè)安全隱患,即一旦膜發(fā)生破損、蠕動(dòng),變壓器油就會(huì)滲透過膜,引起在線油色譜核心部件(色譜柱)的污染。

(2)真空全脫氣是在一個(gè)密封的脫氣室內(nèi)借助真空與攪拌的作用,析出溶解于變壓器油中的氣體,再利用大氣與負(fù)壓的作用,在電磁控制閥的輪流導(dǎo)通下交替對(duì)活塞施力,多次擴(kuò)容脫氣、壓縮集氣。真空全脫氣示意圖如圖3所示。

為了克服集氣空間死體積對(duì)脫出氣體收集程度的影響,需連續(xù)補(bǔ)入少量載氣。在這個(gè)過程中,載氣跟油路有直接的接觸,存在部分載氣溶解在油中或直接以游離的方式隨著循環(huán)油進(jìn)入變壓器油中的風(fēng)險(xiǎn)。

(3)頂空脫氣是基于分配定律,將載氣通入變壓器油中,設(shè)定恒溫恒壓的工況,經(jīng)過一段時(shí)間的機(jī)械振蕩后,氣、液就會(huì)達(dá)到一種平衡狀態(tài)。載氣會(huì)置換出油中溶解性氣體,在載氣的吹動(dòng)下進(jìn)入色譜檢測(cè)室。頂空脫氣示意圖如圖4所示。

正常情況下,頂空脫氣中的載氣會(huì)在置換過程中溶解于變壓器油中,但不能保證百分之百溶解,絕大部分載氣會(huì)以溶解于油中的形式隨著循環(huán)油進(jìn)入變壓器油中,也有可能以游離的形式進(jìn)入變壓器油中。

通過統(tǒng)計(jì)比較發(fā)現(xiàn),以上3種脫氣方式均可能發(fā)生載氣或以溶解于油中的方式或以游離的形式,隨著循環(huán)油進(jìn)入高壓變壓器的情況。對(duì)于溶解于油中的載氣而言,少量的載氣溶解于油中對(duì)變壓器的安全影響小。若氣體大量溶解于油中,遇到溫度的下降情況(夜間或凌晨),油中氣體的溶解度會(huì)隨溫度的降低而降低,油中空氣將呈飽和狀態(tài)而逸出,成為游離氣體。游離氣體在高電場(chǎng)環(huán)境下會(huì)引起氣隙放電,降低變壓器油的擊穿電壓,大量聚集甚至可能引起瓦斯氣體繼電器動(dòng)作,導(dǎo)致高壓變壓器跳閘,這將給高壓變壓器的安全運(yùn)行帶來風(fēng)險(xiǎn)。

2改進(jìn)措施

基于以上脫氣裝置的缺陷,為防止載氣直接或間接進(jìn)入變壓器油中,提出以下兩點(diǎn)改進(jìn)思路:

第一,對(duì)使用膜分離技術(shù)的脫氣方式,對(duì)脫氣裝置加裝減震模塊,保證膜在一個(gè)穩(wěn)定的環(huán)境中工作。在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)高壓變壓器在線油色譜脫氣裝置受高壓變壓器震動(dòng)影響明顯,因震動(dòng)引起膜破損、蠕動(dòng)導(dǎo)致變壓器油污染色譜柱的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。對(duì)脫氣裝置加裝減震模塊,能有效減慢膜的老化、破損速度。

第二,改變高壓變壓器主循環(huán)油路的結(jié)構(gòu)。

(1)傳統(tǒng)的油色譜脫氣裝置裝設(shè)在油路主循環(huán)管道上。將油色譜脫氣裝置從主循環(huán)油路中獨(dú)立出來,作為檢測(cè)支路,這樣可有效避免部分載氣進(jìn)入主循環(huán)油路,如圖5所示。

(2)在脫氣裝置后加裝真空濾油脫氣裝置和壓力異常閉鎖報(bào)警裝置,如圖6所示。

在脫氣裝置后的油路管道上安裝真空濾油裝置,真空濾油的原理跟真空脫氣的原理類似,此裝置主要針對(duì)溶解于油中的氣體,在高溫條件下機(jī)械振蕩,析出溶解于油中的氣體并脫氣。

濾油裝置之后安裝高靈敏度的壓力閉鎖保護(hù)裝置,此裝置主要針對(duì)游離氣體。根據(jù)氣壓和液壓對(duì)油路管道壓力的區(qū)別,當(dāng)油中存在游離氣體時(shí),壓力傳感器會(huì)檢測(cè)到壓力下降,將控制裝設(shè)在油路主循環(huán)管道上的電磁控制閥閉鎖主循環(huán)油路,并向油色譜裝置后臺(tái)發(fā)出報(bào)警信息,避免游離氣體進(jìn)入變壓器油中。

3結(jié)語

本文從3種高壓變壓器在線油色譜脫氣方式的原理入手,分析導(dǎo)致載氣進(jìn)入高壓變壓器油的原因以及可能造成的安全隱患。為消除在線油色譜脫氣裝置缺陷帶來的安全風(fēng)險(xiǎn),本文給出了改進(jìn)措施,希望能對(duì)將來高壓變壓器在線油色譜裝置制造提供一點(diǎn)參考。