变压器在线色谱仪运行中的校准技术

随着国家电网公司对电力设备状态检修工作的试点运行,今后我国的电力设备都将执行状态检修的检修标准。对于大型变压器的状态检修,需要依靠在线色谱仪这一可靠的辅助技术手段。为了确保在线色谱仪的可靠运行, 发挥在线色谱仪应有的监测作用 , 必须对运行中的在线色谱仪进行现场监督监测。
 
针对国内电力系统缺乏对在线色谱仪进行现场校准技术手段的现状 ,天津市电力科学研究院研发了现场在线色谱仪校准装置, 解决了在线色谱仪无法实现现场校准的难题。
 
1 在线色谱仪校准技术现状
 
1 .1  模拟变压器方式进行油色谱数据比对法
 
模拟变压器方式进行油色谱数据比对法的步骤是 :①向密闭的或半密闭的容器中注油;②对容器中油进行真空脱气或者高纯氮洗脱气 ,制备空白油 ;③通入一定量的标准气体并搅拌均匀, 配制出未知浓度的“标准油样”;④通过实验室色谱仪完成“标准油样”的定标工作;⑤“标准油样”依靠自身重力注入在线色谱仪进行分析测试 ,得到的结果与实验室色谱仪测试结果进行比较分析, 从而完成在线色谱仪的数据比对校准工作。
 
这种方法不能直接得到“标准油样”的数据结果,而是通过实验室色谱仪间接得到;在现场使用也不方便(现场使用时依靠便携式色谱仪进行结果定量工作)。目前 ,国内只在实验室中的固定场所使用该方法。
1 .2 运行中变压器油的色谱数据比对法
 
利用实验室色谱仪、在线色谱仪同时对运行中的变压器进行油色谱检测分析, 比较不同仪器测量的结果是否一致 , 从而初步判断在线色谱仪的检测结果是否准确可靠。
 
由于在线色谱仪本身以及现场条件等因素的影响 ,如在线色谱仪的采样油路是否合理、油路是否污堵等因素 ,都会造成在线色谱仪存在采样不通畅的问题,从而可能导致测量结果偏差或数据不灵敏等问题。因此利用变压器油色谱进行的数据比对,不能确保在线色谱仪的数据准确、可靠。
1 .3 标准气体校准法
 
对运行中的在线色谱仪使用一组或多组浓度的标准气体,检测在线色谱仪的数据与标准气体的差异性 ,从而实现在线色谱仪的校准工作, 这与计量部门检定实验室内的色谱仪所用方法雷同。
 
不同厂家的在线色谱仪, 由于分析原理和分析过程的差异性 ,导致了检测结果的差别,其使用的色谱组分检测器差别不大, 数据偏差主要集中在油样脱气处理方式方面。因此, 仅靠标准气体对在线色谱仪进行校准工作时, 只是校准了设备的检测器 ,而没有兼顾到设备脱气方面的整个过程,从而导致校准工作失效。
 
2 现场在线色谱仪校准装置
 
为确保在线色谱仪校准工作的有效性, 必须通过不同的标准油样来实现。天津电力科学研究院所研制的现场在线色谱仪校准装置 , 为专用的标准油样制备装置 , 能够满足现场校准需要的**少 3 个标准油源(高、中、低)的条件, 现场标准油制备过程简单、可靠、快速, 并且油样所含组分均匀分布,浓度变化范围、设备密封性能等指标都符合GB/ T17623 —1998《绝缘油中溶解气体组分含量气相色谱测定法》中规定的要求。
 
所开发的现场在线色谱仪校准装置的技术优势是:①设备整体密封性能良好,各组分的损失率不大于 2 .5%;②油罐内部能够形成一定的正/负压力,并不出现漏油、漏气现象 ,同时依靠压力完成进油、出油工作 ;③仪器操作全过程实现自动控制; ④制备的标准油样不用实验室色谱仪进行定标。
 
利用现场在线色谱仪校准装置为天津电网采购的 24 台在线色谱仪进行了质量验收工作, 保证了入网产品质量的可靠性 ;也可为天津电网今后投运的在线色谱仪按照国家电网公司管理规定中的要求,定期对其进行校准工作,便于监督运行中在线色谱仪数据采集结果是否正常、可靠,从而保证了在线色谱仪准确、稳定、可靠运行,达到为电网中运行的在线色谱仪提供监督校准手段的目标。
 
3 现场在线色谱仪校准装置性能测试
 
3 .1  装置配制出的标准油检测结果
使用现场在线色谱仪校准装置得到的标准油样,用实验室的 HP5890 气相色谱仪进行检验 ,分析理论计算数据与实际测试数据的差异性。标准油与实验室检测结果比较如表 1 所示。
由表 1 可以看出 , 现场在线色谱仪标准装置所配制的标准油样中各组分的数据与实验室内色谱仪测试结果的偏差(重复性)都小于 10 %,符合规程要求[ 2-3]
3 .2 装置配出的标准油均匀性测试
 
标准油样品均匀性测试结果见表 2 。
 
表 2  标准油样品均匀性测试结果
现场在线色谱仪校准装置配制完标准油样
后,采取校核装置中的上部和下部的标准油样 ,使
 
用实验室的色谱仪进行数据核实工作。标准油样
品浓度变化情况 ,即均匀性(重复性)都必须符合
GB/ T17623 —1998 绝缘油中溶解气体组分含量
气相色谱测定法中规定的范围要求。  
由表 2 可以看出,现场在线色谱仪校准装置制
备的标准油样不同部位的测量结果偏差在 10 %以
内;在标准油中各种组分浓度小于 10 μL/L 时,其
测量结果也在标准规程规定的误差范围内。  

4  现场在线色谱仪校准装置应用实例
 
         
某 500 kV 变电站在运的一台在线色谱仪出
现异常,色谱结果与实验室测量结果出现比较大
的偏差,实验室色谱数据证明变压器异常,而在线
色谱仪的数据结果未变化。    
对该台变压器进行检修, 发现变压器存在异
常,即更换了故障潜油泵。同时对有问题的在线
色谱仪进行了现场校准工作, 现场校准数据情况
如表 3 所示。    

由表 3 可知, 该台在线色谱仪的各项指标均符合《变压器油中溶解气体分析判断导则》中要求的不同仪器的测量误差小于 30 %之规定, 说明在线色谱仪测量系统正常。
 
在现场校准时 ,发现该台在线色谱仪的出油管路不通畅, 油流速度特别慢。分析发现该台在线色谱仪的油路安装存在缺陷, 进油口与出油口位于变压器的同一个位置 ,没有很好的形成油循环回路,从而导致了采样过程死油区现象的发生。经更换了油循环回路后 ,其色谱监测的数据与实验室内的色谱仪数据结果在允许误差范围内, 从而发挥了其应有的在线作用, 减轻了化学试验人员的连续采样监测工作量。
 
5 结语
 
1)现场在线色谱仪校准装置的使用可以解决在线色谱仪现场校核由于缺少标准油样而比较困难或者无法开展的难题。2)现场在线色谱仪校准装置可以在现场校准在线色谱仪测量数据的偏差, 以及浓度变化时的在线色谱仪声、光信号响应情况 ,确保了在线色谱仪的运行可信性、可靠性,保证了变压器色谱运行监督的有效性。
 
3)现场在线色谱仪校准装置还可以为入网设备进行质量把关工作,通过色谱数据的比对分析,保证了在线色谱仪的产品质量,避免了投资的损失。