標準絕緣油配置裝置的研制與應(yīng)用

王花蕊

（廣東電網(wǎng)有限責任公司東莞供電局）

1 技術(shù)背景分析

絕緣油檢測是化學(xué)試驗專業(yè)的重要工作，通過對絕緣油開展化學(xué)、物理、電氣性能的測試工作判斷充油電氣設(shè)備可能存在的過熱或放電故障，而化學(xué)檢測用測試儀器的準確度和精確度對結(jié)果判斷的影響至關(guān)重要。在實際試驗工作中需要對測試設(shè)備定期開展校準，日常工作時遇到對試驗數(shù)據(jù)有懷疑或者不同廠家測試結(jié)果偏差較大時也要進行儀器準確性測試，很多儀器在校準測試過程中需要用到標準油或者空白油輔助進行。而在線色譜儀是動態(tài)監(jiān)測變壓器的關(guān)鍵儀器，在測試中的準確性常常受生產(chǎn)廠家、使用環(huán)境、儀器維護等各種因素影響而降低，另外還存在標準油樣長時間貯存而產(chǎn)生的油樣中氣體含量變化問題，進而影響檢測儀器的準確性，間接地給變壓器的安全穩(wěn)定運行帶來隱患和危害。

隨著電網(wǎng)化學(xué)監(jiān)督工作要求的不斷提高，絕緣油試驗項目不斷增多，其中氣相色譜儀作為油中溶解氣體含量測試最常見的監(jiān)測儀器，應(yīng)用十分廣泛。色譜分析儀是應(yīng)用色譜法對物質(zhì)進行定性、定量分析，包括進樣系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)記錄和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等。現(xiàn)代的色譜儀具有穩(wěn)定性、靈敏性、多用性和自動化程度高等特點。但其在使用上也存在一定的局限性。

本文提出一臺標準絕緣油配置裝置的研制，從而實現(xiàn)用空白油或標準油對測試設(shè)備校驗或校準，提高測試數(shù)據(jù)準確度，提升化學(xué)試驗專業(yè)綜合試驗水平。

2 研發(fā)思路

本文通過對近幾年來變壓器監(jiān)測工作的研究，研制出一種標準絕緣油配置裝置。為更好地解決目前絕緣油質(zhì)量監(jiān)督工作中儀器的校準用空白油、標準油的制備問題，本文作者通過圖書館、檔案館、互聯(lián)網(wǎng)等渠道廣泛查找相關(guān)的文獻資料，并對查找得到的文獻資料及國內(nèi)外相關(guān)案例進行分析和研究，再在確定的范圍內(nèi)進行實際工作中問題的整理，提出研制本項目裝置的整體研制方案。

3 技術(shù)缺陷現(xiàn)狀

在使用在線色譜儀對變壓器進行絕緣油監(jiān)測的校驗工作中，傳統(tǒng)的校驗方法是將配制好的標準油用采樣容器承裝起來，使用時注入在線色譜儀內(nèi)。但由于傳統(tǒng)的承裝容器較為簡易，密封性差，因此在操作過程中標準油容易受到污染，加上壓力的不穩(wěn)定，容易引起標準油中的氣體泄漏，導(dǎo)致標準油失真。

在實驗室內(nèi)對氣相色譜儀進行重現(xiàn)性或準確性檢驗時，經(jīng)常會使用到空白油，傳統(tǒng)的空白油制備方法耗時長，可操作性差，影響儀器校驗結(jié)果。

傳統(tǒng)的容器不具備智能化，操作效率低，為此設(shè)計一款智能化的標準絕緣油配置裝置從而解決以上問題，同時降低檢測時的人工成本。

4 技術(shù)方案

4.1 技術(shù)研究方向

本項目研究人員通過對變壓器油中溶解氣體色譜分析在線監(jiān)測現(xiàn)場進行走訪研究分析，了解到目前對于絕緣油數(shù)據(jù)監(jiān)測工作中存在油樣失真等問題。由于現(xiàn)階段所使用的采樣承裝容器較為簡易，針對性差，因此本項目組研究人員通過以下方向進行創(chuàng)新裝置的研制，包括如何實現(xiàn)密封性好的油樣裝置研制；如何

降低裝置的體積與重量使其更便于攜帶使用及如何滿足變壓器設(shè)備特點進行的輔助校驗操作。

4.2 技術(shù)研究內(nèi)容

本文提出一種標準絕緣油配置裝置。裝置是一種可實現(xiàn)自動排抽介質(zhì)、加熱、排空的貯存的多功能一體化智能裝置，能實現(xiàn)絕緣性好的油樣貯存與配置操作。

4.3 技術(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計

如圖1所示，裝置結(jié)構(gòu)包括移動箱體、氣壓傳感器、氣動抽壓器、控制箱、溫度傳感器、加熱器、貯油罐和手動閥接口。其中移動箱體包括主體箱體、拉桿、拉手，具有便捷移動、體積小等特點。裝置的部件及動作原理如下。

圖1 裝置結(jié)構(gòu)圖

（1）移動箱體

為了保證本裝置的便攜性與安全性，裝置設(shè)計了一個帶拉桿外殼的防護箱。箱體具有防震、防潮、抗壓的防護功能，能便于工作人員外出攜帶。

（2）氣壓傳感器

為了保證相關(guān)壓力參數(shù)的準確性，本系統(tǒng)PLC通過總線連接溫度和壓力傳感器，對應(yīng)指令的參數(shù)是由用戶在觸摸屏上設(shè)置的相關(guān)加熱、壓力、時間等操作參數(shù)。

（3）氣動抽壓器

氣動抽壓器包括氣源和電磁閥，可實現(xiàn)介質(zhì)抽排。

（4）控制箱

如圖1所示，裝置控制箱包括電源、PLC、觸摸顯示屏、繼電器、放大器，能實現(xiàn)控制、采集及操作功能。

（5）溫度傳感器

溫度傳感器可配合壓力傳感器進行放大，調(diào)制處理后將對應(yīng)數(shù)據(jù)回傳到PLC，使其跟進控制形成閉環(huán)回路。

（6）加熱器

當觸摸屏加熱開關(guān)打開，加熱器接收來自PLC的電控信號，打開加熱器實現(xiàn)加熱，當達到溫度值，停止加熱，實現(xiàn)加熱恒溫。

（7）貯油罐

貯油罐是作為介質(zhì)存儲的地方，具有密封性好的特點。同時具有被PLC對貯存缸的壓力進行實時控制作用。

（8）手動閥門

當溫度傳感器和壓力傳感器進行放大、調(diào)制處理后將對應(yīng)數(shù)據(jù)回傳到PLC后，PLC快速跟進控制形成閉環(huán)回路，此時配合手動閥門的操作，可達到恒溫自動排氣及抽介質(zhì)的目的。此處手動閥門能配合形成加壓、抽壓及排空的動作，其原理如下：

加壓：關(guān)閉手動閥門前提下，當觸摸屏加壓開關(guān)打開，內(nèi)部真空泵向內(nèi)部腔體注氣，電磁閥A打開，電磁閥B關(guān)閉，此時A氣管氣體向下加壓，當達到壓力值時，停止加壓，實現(xiàn)排油動作。

抽壓：關(guān)閉手動閥門前提下，當觸摸屏抽壓開關(guān)打開，內(nèi)部真空泵向內(nèi)部腔體抽氣，電磁閥B打開，電磁閥A關(guān)閉，此時B氣管氣體向上抽壓，當達到壓力值時，停止抽壓，實現(xiàn)注油動作。

排空：打開手動閥門前提下，當觸摸屏排空開關(guān)打開，內(nèi)部真空泵向內(nèi)部腔體注氣，電磁閥A打開，電磁閥B關(guān)閉，此時A氣管氣體向下加壓，當達到延時時，停止加壓，實現(xiàn)排空動作。

隨著電網(wǎng)化學(xué)實驗室試驗項目不斷增多，試驗項目不斷擴項，其中色譜儀作為最常見的監(jiān)測儀器，應(yīng)用十分廣泛。色譜分析儀是應(yīng)用色譜法對物質(zhì)進行定性、定量分析及研究物質(zhì)的物理、化學(xué)特性的儀器。包括進樣系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、記錄和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)以及流動相控制系統(tǒng)等。現(xiàn)代的色譜儀具有穩(wěn)定性、靈敏性、多用性和自動化程度高等特點。但其在使用上也存在一定的局限性。

4.4 技術(shù)原理

本裝置的技術(shù)原理在于根據(jù)離心法、過濾法分離油中水分和雜質(zhì)等技術(shù)原理進行油中雜質(zhì)的去除。根據(jù)絕緣油中溶解氣體的分配定律原理，對密閉空間的絕緣油通過連續(xù)不斷的通惰性氣體、攪拌的方法來置換油中的溶解氣體，達到制備空白油的目的，通過在油中持續(xù)通過已知濃度的標準氣體使各種組分氣體 溶解到絕緣油中，達到制備標準油的目的，如圖2所示。通過程序編寫，實現(xiàn)裝置各流程自動控制。

圖2 裝置連接圖

在實現(xiàn)其功能時，裝置通過觸摸屏與PLC進行串行數(shù)據(jù)連接交互，PLC通過io連接加熱器與電磁閥等，PLC通過總線連接溫度和壓力傳感器，對應(yīng)指令的參數(shù)是由用戶在觸摸屏上設(shè)置，包括相關(guān)加熱、壓力、時間等操作參數(shù)；當用戶的操作指令被觸發(fā)，PLC則執(zhí)行對應(yīng)的子程序指令控制氣源和電磁閥、對貯存缸的壓力進行實時的控制，同時PLC通過加熱器進行溫度的控制。溫度傳感器和壓力傳感器進行放大、調(diào)制處理后將對應(yīng)數(shù)據(jù)回傳到PLC，PLC快速跟進控制形成閉環(huán)回路，同時配合手動閥門的操作，進而達到恒溫自動排及抽介質(zhì)的目的； 當操作過程中如有采集超限，則產(chǎn)生報警提示，操作中斷保護。

4.5 技術(shù)關(guān)鍵點

本項目研發(fā)裝置技術(shù)關(guān)鍵在于通過設(shè)計氮氣、標氣進排氣系統(tǒng)，絕緣油循環(huán)系統(tǒng)，計時器控制通氣時間等實現(xiàn)絕緣油中氣體的置換；同時設(shè)計儲油系統(tǒng)通過離心振蕩功能、安裝過濾裝置及絕緣油加熱的方法實現(xiàn)水分和雜質(zhì)的去除。

本裝置同時可通過觸摸屏與PLC進行串行數(shù)據(jù)連接交互，同時溫度傳感器和壓力傳感器進行放大、調(diào)制處理后可將對應(yīng)數(shù)據(jù)回傳到PLC，PLC便能快速跟進控制形成閉環(huán)回路，進而達到恒溫自動排及抽介質(zhì)的目的。裝置也設(shè)有中斷保護設(shè)計，當操作過程中如有采集超限，會產(chǎn)生報警提示，啟動中斷保護功能。

5 方案實施

5.1 方案提出

對于調(diào)研后獲得的資料進行研究分析后，初步提出設(shè)計方案，包括裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計、各部件連接關(guān)系及使用材料等，利用相關(guān)軟件繪制設(shè)計方案圖，經(jīng)多方討論設(shè)計出不同的設(shè)計方案，再篩選出最適合的方案，明確最終的方案。

5.2 工具的研制

根據(jù)設(shè)計方案，試制出一種標準絕緣油配置裝置，當中包括完成原材料的采購，零件的加工，按照設(shè)計圖進行鑲嵌，最后完成設(shè)備的裝配。

5.3 檢測試驗

在整體裝配完成后，必須對完成的裝置進行模擬環(huán)境下的檢驗及測試，發(fā)現(xiàn)存在的問題并針對問題對工具進行整體優(yōu)化改造。改造后提供試驗人員試用，綜合反饋意見及使用效果，試驗成功后完成設(shè)計的技術(shù)文檔的整理及完成整個項目。

6 工具應(yīng)用

本標準絕緣油配置裝置針對標準絕緣油、空白油購置困難或不符合儀器要求的問題，在日常試驗工作中經(jīng)常遇到對儀器試驗結(jié)果懷疑或不同廠家儀器測試結(jié)果誤差較大情況下，需要用標準油對儀器進行對比試驗。通過配置標準油、空白油，實現(xiàn)絕緣油相關(guān)測試儀器檢驗的校驗和數(shù)據(jù)準確性對比，有效提高絕緣油試驗結(jié)果準確率，為充油電氣設(shè)備運行狀態(tài)分析判斷提供可靠依據(jù)。

裝置研發(fā)后進行實地使用試驗效果分析。使用人員在使用后均一致好評，通過裝置的使用，可實現(xiàn)自動排抽介質(zhì)、加熱、排空、貯存等一系列功能，有效減少油樣失真等情況，提高工作效率，并減少人工勞動量，因此裝置可得到廣泛推廣使用，有巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。

7 效益與推廣

本文提出的標準絕緣油配置裝置，能在實際工作中推廣應(yīng)用，其使用需求量大，裝置在研制成功并投入使用后，將能很大程度地提高整體用電安全的管理水平與質(zhì)量把控，避免了油樣失真造成的數(shù)據(jù)誤差，提高變壓器在線監(jiān)測工作質(zhì)量，優(yōu)化相關(guān)試驗監(jiān)測操作。作者后期將在裝置使用后進行效果反饋意見收集，并進行優(yōu)化改良，以更好地進行現(xiàn)場服務(wù)。