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摘要：绝缘油中含气量测定是GB/T7595-2008规定的变压器绝缘油质量的一个常规检测项目，传统的真空差压法和二氧化碳洗脱法存在测定过程复杂、精度低、人为因素多、不便于自动化检测等缺点。因此，本文给出了一种依据理想气体状态方程、应用差压传感器来测定绝缘油中含气量的方法，并且给出了测定过程中含气量标定方法。实验证明，本方法原理正确、方案可行、测量精度高、操作简单、便于自动化测量。
关键词：差压传感器；绝缘油；含气量
1 绪论
绝缘油中含气量是指溶解在油中的气体总含量，包括：氧气、氮气、烃类气体、一氧化碳和二氧化碳等，其中主要成分为空气中的氮气和氧气。在高场强的作用下，气体首先电离，当温度和压力骤然下降，形成的气泡被拉成长体，极易发生气体碰撞游离，造成热击穿，从而危及设备安全运行。油中气泡对绝缘强度的影响随电压等级升高危害更甚。因此，许多国家为保证高电压等级设备绝缘的可靠性，对新注入设备的油和运行油中的含气量都制定了具体的数量标准。中国也已将绝缘油中含气量的监督列入了国家、行业的有关标准和规程。按照《GB/T7595-2008 运行中变压器油质量》规定的运行中变压器、断路器绝缘油应达到的质量，投运前的油中含气量应小于1%，运行油的含气量变压器油应不大于2%或3%（根据电压等级不同而不同）、断路器油应不大于5%[1]。
作为变压器绝缘油质量监控的一个常规检测项目，电力部制定了两种绝缘油含气量的测定方法：（1）DL/T 423-91 绝缘油中含气量测定（真空压差法）[2]；（2）DL/T 450-91 绝缘油中含气量的测定方法（二氧化碳洗脱法）[3]。应用这两种方法进行绝缘油含气量的测定，存在着测定过程复杂、人为因素多、精度低、不便于自动化测量等诸多不利的因素。为此，本文设计了一种新的绝缘油含气量测定方法，该方法根据油中含气量不同、气体逸出后导致封闭空间内气体压强不同的原理，以差压传感器为核心测量器件来测定绝缘油的气体含量。该方法具有测定精度高、便于自动化测量、不需要人为干预测试过程等优点。根据该测定方法设计的JHC-6A型绝缘油含气量测定仪经国内多家单位试用，获得广泛好评，试用证明本文给出的含气量测定方法原理正确、测量精度高、试验过程简单，具有较高的推广价值。
2 测量原理
2.1 理想气体状态方程
在工程应用中，分析气体的压强、体积和温度之间的关系时，通常使用理想气体状态方程进行定量分析，理想气体状态方程描述了理想气体状态变化的规律。质量为M的理想气体，其状态参量压强P、体积V和绝对温度T（单位K、开尔文，本文所涉及的温度除特殊说明外都为绝对温度）之间的函数关系为
2.2 气体获取
基于差压传感器的绝缘油溶解气体含量的测量装置如图1所示，装置包含的主要部件有油样定量装置、油罐、搅拌电机、差压传感器、真空泵、阀门和相应的管路。油样定量装置是定量获取待分析油样的装置；每次测量时，打开油样定量装置，在真空的吸力下可以获得固定容量的油样。油罐和搅拌电机安装在一起，油罐中存放待分析油样；分析前搅拌电机带动油罐中的油样旋转，在离心力的作用下，处于真空状态的油气混合物中的气体将释放出来，游离在油罐和管路的空隙中；对搅拌电机转速进行良好的配比，就能获得理想的油气分离状态，基本实现绝缘油和油中溶解气体的彻底分离。真空泵是利用机械、物理、化学、物理化学等方法对容器进行抽气，以获得和维持真空的装置；在真空泵的作用下，可以抽出管路和油罐中的气体，获得近似的真空状态。差压传感器是进行气体含量测量的主要电气部件，它能感受到传感器两端的压强差，并按比例转换成相应的电气信号。
应用参比标定法对空隙体积 进行标定可以采用分段多次测定的方法来减小差压传感器和其他部件的非线性而导致的随机误差和系统误差。实际应用中，通常把含气量从0.1%到10%分成5段以上分别求取每个标定点上的空隙体积 的平均值，再应用折线法来计算出实际测量中的含气量。另外也可以把式（10）代入到式（7）中计算相应的参比系数，这样可以较好的简化计算过程，这个也就是本文把这种标定方法命名为参比标定法的原因。
3 实验验证
根据以上测量原理，我们设计了JHC-6A型绝缘油含气量测定仪。为了检验测试方法的正确性，我们设计了一个标准检验程序对测量原理进行检验。实验步骤如下：
（1）按照含气量测量的方法注入定量的经过真空脱气法脱气后的标油。
（2）运行离心脱气装置脱去标油中含有的微量气体。
（3）启动真空泵抽走脱出的气体。
（4）从注气口注入定量体积的标气。
（5）依据参比标定法标定的参数分析计算当前的含气量，并记录实验环境和实验结果。
（6）重复以上步骤记录多次实验结果
实验结果见表1。
通过以上实验过程可以发现，含气量测定仪测量的数据和理论值误差在较小的范围内，证明测量方法是正确的，可以应用该方法进行绝缘油含气量的定量测量。同时，我们在JHC-6A型绝缘油含气量测定仪中固化了这个标准检验程序，可以对仪器设备进行出厂检定和周期性检测。
4 结论
本文依据理想气体状态方程、应用现代检测技术、根据绝缘油含气量测定的特点，给出了一种应用气体差压传感器测定绝缘油中含气量的新方法，该方法具有测量精度高、测量过程简单、便于自动化测量的优点。经过实验验证和用户单位试用，证明该方法原理正确、方案可行、便于推广。在应用该方法进行绝缘油含气量测定时，还需要主要一下问题：
（1）含气量测定时油气分离过程中的油气分离程度直接决定了测量的精度，要试验找到合适的油气分离方法来使绝缘油和溶解气体完全分离。
（2）油气分离后，总会存在气体再回溶到油中的情况，但是气体在油中溶解的过程是缓慢的，并且一段时间就能达到平衡状态，对测定结果影响不定。而且，如果采用参比标定法进行标定，标定和测量时都达到了气体释放和回溶的平衡状态，能够部分抵消这部分回溶气体对测定结果的影响。
（3）在测定过程中，始终认为每个油样分离的气体的PV/T是常数，但是通过式（2）我们知道，当气体组分不同时PV/T并不是常数。绝缘油中主要包含的气体是氮、氧、氢、一氧化碳、二氧化碳和甲烷等烃类气体，其主要成分是空气中的氮和氧。经过实验我们发现，气体组分的微小变化对测定结果影响微弱，不会影响测量的精度，而定期应用纯净空气加少量变压器油标气对仪器进行标定也可以抵消这部分的影响。
（4）排油后总有部分油样残留，会导致油品污染，建议使用被试油样进行多次清洗。
（5）选择范围合适、反应灵敏的气体差压传感器能够显著提高测定精度。
（6）真空泵抽出的真空度直接影响测量结果。
参考文献：
[1] 电力行业电厂化学标准化技术委员会.GB/T7595-2008 运行中变压器油质量[S].北京：中国电力出版社，2008.
[2] 电力行业电厂化学标准化技术委员会.DL/T 423-91 绝缘油中含气量测定 真空压差法[S].北京：中国电力出版社，1991.
[3] 电力行业电厂化学标准化技术委员会.DL/T 450—91 绝缘油中含气量的测定方法（二氧化碳洗脱法）[S].北京：中国电力出版社，1991.
[4] 陈宏贲，周浩祥.物理学导论[M].南京：河海大学出版社，1991.
论文作者:乐步东,陶莹,程慧东
论文发表刊物:《电力设备》2017年第36期
论文发表时间:2018/5/10
标签：气量论文; 气体论文; 测量论文; 绝缘油论文; 方法论文; 传感器论文; 状态论文; 《电力设备》2017年第36期论文;