变压器油主要由碳氢化合物(烷烃CH2n.2、环烷烃CH2n或JH2n-2、芳香烃C,H2n")组成。电和热故障可能使某些C-H键和C-C键断裂,伴随 生成少量活泼氢原子和不稳定的碳氢自由基,这些氢原子或自由基会通过复杂的化学反应迅速重新 生成氢气和低分子烃类气体(如甲烷、乙烷、乙烯、乙快等),也能生成碳的固体颗粒及碳氢聚合物(X-石蜡)。变压器油中气体组分的含量是检测变压器油品质量的重要指标。
规范的取样可以保证油品检测结果接近真值,所 取油样要能代表设备本体油,应该避免在油循环不够充分的死角取样,一般应从设备底部取样阀取样,取样过程要求全密封,取样方式可靠,既不能让油中溶 解的水分及气体逸散,也不能混入空气回。对于一些没有放油管或取样阀的充油电气设备以及一些进口密封无取样阀的设备,在送检时往往会采用瓶装油样。取样容器不规范会导致气体组分含量的测量出现偏差[3,4]。
作者分别采用瓶装和针筒储存油样,探究了储存条件对检测变压器油中溶解气体组分的影响。
三比值法是在热动力学和实践的基础上总结得出的[5],是利用5种气体(CH4、C2H4、C2H6、 C2H2、H2)的 3 对比值(C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/ C2H6)的编码组合来进行故障类型判断的方法,一般在特征气体含量超过注意值后使用。
作者对瓶装样变压器油中的氢气和烃类气体在 初始浓度不同的情况下的损失率也进行了跟踪比较。
1实验
1.1实验仪器及材料
实验仪器及材料见表1。
1.2实验步骤
1. 2. 1 制气
用100 mL密闭性良好的针筒取一定量样品,排除 内部空气并保留40 mL样品,用胶帽密封保存。另取 5 mL氮气均匀注入100 mL的针筒内,将注入氮气的样 品放置在恒温定时振荡器内固定,在温度为50℃、震 荡频率(275±5)次• min-1、振幅(35±3) mm震荡 15 min,停止震荡后,在50 ℃下保温15 min。
2.2.2 导气
取一只检查过密闭性的5 mL针筒,将制得的气 体通过双向针头导入油封后的5 mL针筒内,读取导 出的气体读数[1]。
1.2. 3 检测
用注射器将1.2.2中导出的气体抽取1 mL,快 速注人气相色谱,经过对峰面积、标准气浓度的计算, 得到气体的浓度含量,以10-6 mol • mol-1表示。
2结果与讨论
2.1储存条件对变压器油中溶解气体组分检测的 影响
分别将变压器油样装于250 mL塑料螺纹瓶盖瓶 中和2个100 mL玻璃注射器中密封保存,保存条件:温度为25~30 ℃,相对湿度为50% ~ 60%,定期检测 两个储存器中变压器油中气体组分的含量变化情况, 结果如表2。
经过7 d的对比实验,按照1. 2实验步骤分别于 第0、1、2、3、6 d检测瓶装样品和针筒样品中的气体 含量,发现同一种变压器油针筒储存样品的各组分气 体损失量均小于2. 5%,而瓶装样品的各组分几乎完 全损失,说明储存条件对实验结果有重要影响,严重 影响对设备故障的诊断。
在实验过程中我们发现,同一种油样中不同气体 的损失率不同,不同初始浓度的同一种气体损失率差 别也很大,为研究这个损失过程,特设计了下列实验 方案,对浓度对气体在瓶装变压器油样品中损失量的 影响进行研究。
2.2浓度对气体在瓶装变压器油样品中损失量的 影响
将溶有不同浓度气体的变压器油放置于250 mL塑料螺纹瓶盖瓶中保存,温度为25~30 ℃,相对湿度 为50%~60%,按照2. 1.2实验步骤分别于第0、1、2、 3、6、9 d检测瓶装样品中气体的含量。实验数据分别 见表3、表4、表5、表6、表7。
由表3-表7可知,通过对变压器油中溶解的不 同浓度的气体含量的跟踪研究发现,瓶装样品9d后,氢气的平均损失量将达到98%左右,乙快的平均损失量达到95%左右,甲烷的平均损失量达到84%左右,乙烷量的平均损失量达到64%左右,乙烯气体的平均损失量达到61%左右。
3结论
对变压器油中溶解气体组分的分析显示,在温度为25~30℃,相对湿度为50% ~60%的储存环境中, 采用瓶装样品取样,溶解气体损失量非常严重,总体损失率达到90%以上。其中对于轻组分氢气和乙快气体,不同初始浓度的平均损失量分别达到98%和 95%;其次是溶解的甲烷气体,不同初始浓度的平均损失量达到84%;对于溶解气体乙烷和乙烯,不同初始浓度的平均损失量分别达到64%和61%。