摘要：利用在线油色谱仪监测变压器运行状态，是目前在线监测变压器内潜伏性故障最为有效的监测手段，为了在线油色谱仪能准确的反应变压器的运行数据和潜伏性故障信息，迫切需要用一种已知浓度的变压器油标准油样对在线油色谱仪进行校验、校准。本文对研究变压器油标准油样及配制装置进行了阐述。
关键词：油中溶解气体；配制技术；标准油样
Abstract：The on-line oil chromatograph can be used to monitor the operation state of the transformer.It is the most effective monitoring method for on-line monitoring of the potential faults in the transformer.In order to accurately reflect the operation data and latent fault information of the transformer，Known concentration of transformer oil standard oil sample on-line oil chromatograph calibration，calibration.This paper describes the study of transformer oil standard oil sample and preparation device.
Key words：Dissolved gas in oil；Formulation technology；Standard oil sample
引言
由于变压器的长期运行，绝缘材料在热量和电场的作用下会逐渐老化和分解，并缓慢产生少量的各种低分子烃类及一氧化碳、二氧化碳气体，当出现故障时，这些气体的产生速度和浓度就会增加并不断的溶解在变压器油中，油中H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO、CO2等气体的浓度与变压器的故障类型和故障大小有关，通过在线变压器油色谱仪对油中溶解气体的分析，发现变压器内部的故障。
一、变压器油标准油样配制方法的研究
变压器油标准油样目前还没有这种物质，通常的做法是按照GB/T17623的方法要求，采用振荡平衡法配制并换算油中气体的浓度，该方法受环境温度，大气压强，人工操作影响较大，所配制的标准油实测值和理论值相差很大，不能做为标准油使用，由于是在常压下配制油中的溶解气体易解析逸出，浓度改变，无法保存。
经研究和多次的试验证明，在一定的压力和温度条件下，达到动态平衡时油中溶解气体组分含量和气相中的相应组分含量存在一固定的分配系数，因此分配系数与油的组成、气体的物理特性、动态平衡时的温度和压力有关。
Ki=Cil/Cig
式中：Cil为平衡条件下，溶解气体i组分在液体中的浓度，μL/L；Cig为平衡条件下，溶解气体i组分在气体中的浓度，μL/L；Ki为试验温度下，气、液平衡后溶解气体i组分的分配系数（或气体溶解系数）。
表1 各种气体在变压器油中的奥斯特瓦尔德系数Ki
表1为《DL/T722-2000绝缘油溶解气体分析和判断导则》中给出的20℃与50℃温度下，各种气体在变压器油中的奥斯特瓦尔德系数Ki。从表中，我们可以看出正常研究环境下，温度变化对于油中溶解气体各组分的溶解系数影响并不大，Ki值随着压力的变化而变化。
表2变压器油中溶解气体组分含量在恒定温度、变换负压情况下分配系数Ki试验结果
从测试结果看出负压环境下可以减小气体组分在变压器油中的分配系数，设计一个负压循环系统配制变压器油标准油样是最好的选择。
二、采用负压方式研制变压器油标准油样配制装置
该标准油配制油箱采用恒温热风水浴的方式进行控温，可在40-80℃之间任意调节，温控精度2℃，油箱容量设计为12升，恒压控制采用了气缸和直线电机联动方式，压力控制范围50-200KPa（绝压），装置系统采用了计算机全自动控制的方式来实施。
标准油配制油箱在配制开始前，首先清空设备油箱，再从油罐或其它盛油容器中抽取12L油样进入配制油箱，开启加热，使配制油箱中油样温度达到设定值后，油样通入氮气，置换油样中原来存在的气体，氮气置换经过设定时间计时后，停止氮气通入，并排出配制邮箱内多余气体，仅保留12L油样，此时油样被氮气完全饱和，再通入已知浓度的混合标准气体，在设定的微负压及温度条件下，使标准气体通入油中，循环泵不断地将油喷入气层，气体组分在气液两相充分交换，静置达到平衡后转移出上层气体，完成目标浓度的标准油的配制。下图为配油示意图
实验现场
三、实验数据
3-1 为了验证变压器油标准油样配置装置配置标准油样的准确性，使用变压器油标准油样配置装置配制高、中、低3种浓度的标准油。用实验室离线色谱仪对这3个浓度的标准油进行检测，检测结果与标准油样理论浓度比对并计算误差，得到标准油样准确性结果如表3所示。表3结果表明，高、中、低浓度配油的平均误差都控制在 ±5% 以内，即配油准确性高，完全能够满足相关标准对平行样品试验的重复性要求。
UL/L 表3
3-2 为了验证变压器油标准油样配置装置配置标准油样的均匀性，使用变压器油标准油样配置装置配制中等浓度的标准油，按照标准取样方法，分别取样4次，得到不同配置油箱位置的油样。用实验室离线色谱仪对这4个标准油进行检测，检测结果与标准油样理论浓度比对并计算误差，得到标准油样准确性结果如表4所示。由实验数据可以看出，变压器油标准油样配置装置配置的标准油样各种气体组分浓度均匀。
UL/L
四、结论
该标准油配制系统最大的特点在于全程自动化，仅需使用计算机启动配置工作，待设备自动配制完毕后，即可取出设备内油样用于变压器油色谱分析系统的校准。该系统也可用于变压器油在线色谱测量装置的入网评价，将变压器油在线色谱测量装置直接连接标准油配制系统，通过对比在线色谱测量装置实时色谱数据与所配标准油目标浓度值，可进行在线色谱仪测量范围与误差准确评价和校准。同时，该标准油配制系统还具有多个不同梯度含量的目标标准油的连续配制，在计算机操作软件中设定不同的目标浓度值，在每次配制完成后系统自动将前一次的本底浓度作为起始浓度，并结合下一次配制的目标浓度进行重新计算后得出还需相应标准气的浓度，在达到预约时间完成后配制。
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作者简介：
冯凝（1978-），男，湖北武汉人，技术主管，高级工程师，从事变电检修技术管理研究；
山智涛（1973－），男，湖北武汉人，副主任，工程师，从事变电检修管理；
付汉江（1963-），男，湖北武汉人，技术负责任人，高级技师，从事变压器绝缘油理化分析研究；
姚镇如（1963－），男，山东淄博人，技术主管，工程师，从事工程结构设计及研究；
赵登辉（1982－），男，河南洛阳人，技术主管，工程师，从事电气工程及自动化设计研究多年。
论文作者:冯凝1,山智涛1,李佳1,罗浪1,付汉江1,何琦1
论文发表刊物:《电力设备》2018年第11期
论文发表时间:2018/8/2
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