绝缘油在线色谱脱气对变压器安全性的影响及改进|淄博市临淄勤润油脂化工厂

摘要：绝缘油在线色谱是一种实时监测高压变压器设备状态的有效手段。现介绍高压变压器在线油色谱监测装置3种典型脱气方式原理以及脱气装置结构，分析其存在的缺陷对高压变压器安全运行所带来的风险，并针对缺陷提出具体改进措施，以期保障高压变压器的安全运行。
0 引言
绝缘油气相色谱是一种检测分析变压器故障的便捷有效手段。近年来，随着在线监测技术的发展应用，在线油色谱广泛应用于高压变压器油中溶解气体的检测，在线油色谱监测具有快速、重复性好等优点，但目前在线色谱厂家多，在线色谱脱气方式多样，存在由于脱气装置本身缺陷导致色谱载气进入变压器油中的风险，给变压器安全运行带来极大隐患。
1 基于在线油色谱脱气方式原理及脱气装置结构的安全性分析
目前在线色谱脱气方式主要应用有膜分离脱气、真空全脱气、顶空脱气等。
（1）膜分离脱气是采用无孔致密的高分子膜，它会阻挡油的渗透，而对于油中溶解的气体是可透的。膜的一侧为变压器油，另一侧是通有载气的气室。膜两侧的气体存在压力差，只要溶解在油中的各组分气体有分压差，该组分就会从高压侧进入低压侧。变压器油中气体透过高分子膜的过程：气体流向膜，与膜面接触，气体溶入膜表面，气体在浓度差推动下，在膜内扩散，到达膜的另一表面，气体从膜表面释出，然后在载气的推动下进入色谱检测室。膜分离示意图如图1所示。
在膜出现破损、蠕动、老化的情况下，载气将渗透过膜进入变压器油中。2013年，某电力公司发现有10余台高压变压器在线油色谱的载气（氦气）进入变压器油中。经实验室气相色谱仪检测，通过出峰时间与出峰面积的核对，发现此10余台高压变压器油中的氦气含量均超过20 μL/L，其中氦气含量最高值达到200 μL/L，远高于厂家允许值。实验室中由某台高压变压器油得到的氦气谱图如图2中的1号峰所示。
实验室中检测部分变压器油，得到氦气和其他特征气体数据如表1所示。
本次某电力公司发现的10余台高压变压器在线色谱载气进入变压器油中，多数采用以膜分离技术为原理的脱气方式。另外，根据高压变压器的长期运行记录，采用以膜分离技术为原理的脱气方式还存在另一个安全隐患，即一旦膜发生破损、蠕动，变压器油就会渗透过膜，引起在线油色谱核心部件（色谱柱）的污染。
（2）真空全脱气是在一个密封的脱气室内借助真空与搅拌的作用，析出溶解于变压器油中的气体，再利用大气与负压的作用，在电磁控制阀的轮流导通下交替对活塞施力，多次扩容脱气、压缩集气。真空全脱气示意图如图3所示。
为了克服集气空间死体积对脱出气体收集程度的影响，需连续补入少量载气。在这个过程中，载气跟油路有直接的接触，存在部分载气溶解在油中或直接以游离的方式随着循环油进入变压器油中的风险。
（3）顶空脱气是基于分配定律，将载气通入变压器油中，设定恒温恒压的工况，经过一段时间的机械振荡后，气、液就会达到一种平衡状态。载气会置换出油中溶解性气体，在载气的吹动下进入色谱检测室。顶空脱气示意图如图4所示。
正常情况下，顶空脱气中的载气会在置换过程中溶解于变压器油中，但不能保证百分之百溶解，绝大部分载气会以溶解于油中的形式随着循环油进入变压器油中，也有可能以游离的形式进入变压器油中。
通过统计比较发现，以上3种脱气方式均可能发生载气或以溶解于油中的方式或以游离的形式，随着循环油进入高压变压器的情况。对于溶解于油中的载气而言，少量的载气溶解于油中对变压器的安全影响小。若气体大量溶解于油中，遇到温度的下降情况（夜间或凌晨），油中气体的溶解度会随温度的降低而降低，油中空气将呈饱和状态而逸出，成为游离气体。游离气体在高电场环境下会引起气隙放电，降低变压器油的击穿电压，大量聚集甚至可能引起瓦斯气体继电器动作，导致高压变压器跳闸，这将给高压变压器的安全运行带来风险。
2 改进措施
基于以上脱气装置的缺陷，为防止载气直接或间接进入变压器油中，提出以下两点改进思路：
第一，对使用膜分离技术的脱气方式，对脱气装置加装减震模块，保证膜在一个稳定的环境中工作。在实际运行中发现高压变压器在线油色谱脱气装置受高压变压器震动影响明显，因震动引起膜破损、蠕动导致变压器油污染色谱柱的现象时有发生。对脱气装置加装减震模块，能有效减慢膜的老化、破损速度。
第二，改变高压变压器主循环油路的结构。
（1）传统的油色谱脱气装置装设在油路主循环管道上。将油色谱脱气装置从主循环油路中独立出来，作为检测支路，这样可有效避免部分载气进入主循环油路，如图5所示。
（2）在脱气装置后加装真空滤油脱气装置和压力异常闭锁报警装置，如图6所示。
在脱气装置后的油路管道上安装真空滤油装置，真空滤油的原理跟真空脱气的原理类似，此装置主要针对溶解于油中的气体，在高温条件下机械振荡，析出溶解于油中的气体并脱气。
滤油装置之后安装高灵敏度的压力闭锁保护装置，此装置主要针对游离气体。根据气压和液压对油路管道压力的区别，当油中存在游离气体时，压力传感器会检测到压力下降，将控制装设在油路主循环管道上的电磁控制阀闭锁主循环油路，并向油色谱装置后台发出报警信息，避免游离气体进入变压器油中。
3 结语
本文从3种高压变压器在线油色谱脱气方式的原理入手，分析导致载气进入高压变压器油的原因以及可能造成的安全隐患。为消除在线油色谱脱气装置缺陷带来的安全风险，本文给出了改进措施，希望能对将来高压变压器在线油色谱装置制造提供一点参考。

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