變壓器油污染度在線監(jiān)測試驗研究

張賢明，肖進凱，陳彬，武宏陽，韓超，顏歡

(重慶工商大學 廢油資源化技術(shù)與裝備教育部工程研究中心，重慶 400067)

變壓器油的性質(zhì)比較穩(wěn)定，通常情況下不易發(fā)生變化，因此在常年運行的變壓器中主要起冷卻、絕緣和消弧的作用，對變壓器設備的可靠運行起著重要作用［1］。變壓器生產(chǎn)、運輸及運行過程使油中混入固體雜質(zhì)及水分，同時老化過程中的水解反應和氧化反應也會產(chǎn)生水分。固體雜質(zhì)會引起設備元件的磨損及卡澀、加速油質(zhì)劣化、加速油液中水分對元件的腐蝕。水分則促使絕緣纖維老化、加速油質(zhì)劣化、加速對金屬部件的腐蝕、助長有機酸的腐蝕能力［2-10］。近年來，國內(nèi)外由于變壓器油中含有固體雜質(zhì)導致的事故已給電力行業(yè)帶來了巨大的損失［11］，給廣大消費者帶來極大的不便［2］。

采用在線監(jiān)測技術(shù)對運行中的變壓器油實時檢測，可以有效地發(fā)現(xiàn)其油液污染度變化并分析、處理，以防止不該發(fā)生的設備事故，起到預防性試驗因其周期長而不能起到檢測的作用，同時，在線監(jiān)測方法簡單，數(shù)據(jù)顯示直觀快捷。所以，在線監(jiān)測系統(tǒng)的研制可以有效的提高變壓器設備的可靠性和安全性，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，具有十分重要的現(xiàn)實意義［12］。

本文以25#變壓器油為研究對象，擬定了不同污染度等級的顆粒物及不同水分含量的實驗方案，利用在線檢測經(jīng)濾油機過濾后油液污染度和水分的變化情況，并與離線檢測結(jié)果進行對比，驗證在線監(jiān)測儀器的準確性。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

25#變壓器油(含有銅粉、鐵粉等顆粒物及水分)。

KLD-Z-O 在線污染度檢測儀;TZX-A250* 10 濾油機;HIAC-8012 油品污染度測試儀;Metrohm899庫倫水分儀。

1.2 實驗方法

在線監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理見圖1。

圖1 在線監(jiān)測系統(tǒng)工作原理Fig.1 The online monitoring working principle

含有水和雜質(zhì)的25#變壓器油混合液在真空泵的作用下從進油口進入，經(jīng)加熱器加熱脫去大部分水，再經(jīng)過濾油機(10 μm 濾芯)過濾，在排油泵的作用下，從排油口輸出，從而完成一個工作循環(huán)。在排油支路上接一個出油口，連接在線污染度檢測儀，檢測排出油的污染度。在記錄某一時刻在線污染度的同時，取一定量經(jīng)該儀器排油口排出的油，經(jīng)實驗室內(nèi)油品污染度測試儀檢測，進行對比分析。

實驗時，先將真空濾油機過濾器中的濾芯取出，讓油液在濾油機中循環(huán)，待在線監(jiān)測儀顯示的數(shù)據(jù)穩(wěn)定后取一組油液進行離線檢測。接著將濾芯裝入過濾器中，采集在線污染度檢測儀顯示的實時數(shù)據(jù)及與之對應的排出的油液進行離線檢測。

2 結(jié)果與討論

2.1 真空濾油機中未加裝濾芯

圖2 1 mL 油中尺寸大于6 μm 的顆粒數(shù)及其污染度等級Fig.2 The number of particles and the contamination level of dimension which are bigger than 6 μm in 1 mL oil

圖3 1 mL 油中尺寸大于14 μm 的顆粒數(shù)及其污染度等級Fig.3 The number of particles and the contamination level of dimension which are bigger than 14 μm in 1 mL oil

圖4 油液的含水量Fig.4 Content of water in the oil

在真空壓力0.3 MPa，加熱器溫度60 ℃，未加濾芯運行的情況下，在線監(jiān)測與離線檢測的結(jié)果中1 mL 油液中尺寸大于6，14 μm 的顆粒數(shù)及其對應的污染度等級見圖2、圖3，油液的含水量見圖4。由于6 μm 左右的微小顆粒濃度是引起液壓系統(tǒng)淤積和堵塞故障的主要原因，而大于14 μm 的顆粒濃度則對液壓元件的磨損起著主導作用，因此本文中僅對大于6，14 μm 的顆粒進行了比較。由圖2、圖3 可知，隨著濾油機的運行，在線監(jiān)測結(jié)果中1 mL 油中尺寸大于6，14 μm 的顆粒數(shù)與其對應的污染度等級均沒有變化，但與離線檢測結(jié)果有較大差別;在離線檢測結(jié)果中，1 mL 油中尺寸大于6，14 μm 的顆粒數(shù)與其對應的污染度等級均在逐漸減小，當運行到10 min 時，在線監(jiān)測與離線檢測的結(jié)果基本一致。原因可能是剛開始待測油液含水量過大，已經(jīng)發(fā)生乳化現(xiàn)象，離線狀態(tài)下能檢測出受水分影響的變壓器油污染度等級的準確值，在線監(jiān)測儀由于其激光對水的穿透性能很強，并未將水視為顆粒污染物計入檢測結(jié)果中，故在線監(jiān)測的污染度等級及顆粒數(shù)量較離線檢測的結(jié)果要小;隨著濾油機的運行，加熱器對油液的加熱，使油液中的水分逐漸蒸發(fā)，在線監(jiān)測及離線檢測其含水量在逐漸減小，且兩種檢測結(jié)果的偏差在6%以內(nèi)(表1)。圖3 中油液的含水量由142. 5 mL/L 減小為82.4 mL/L的過程中，可以觀察到油液中的乳化現(xiàn)象逐漸消失并呈現(xiàn)出澄清的狀態(tài)，此時排除了乳化現(xiàn)象的干擾，在線監(jiān)測的污染度等級及顆粒數(shù)量與離線檢測的結(jié)果基本一致。同時油中基本沒有大顆粒(＞70 μm)的存在，因此不存在堵塞在線監(jiān)測儀而導致檢測結(jié)果不準確的情況。

表1 在線監(jiān)測與離線檢測油液的含水量及其偏差Table 1 The content of water in the oil and deviation between on-line monitoring and off-line detecting

2.2 真空濾油機中加裝濾芯

在相同真空壓力及溫度的條件下，增加濾芯開始記錄在線數(shù)據(jù)，并進行離線檢測，之后每隔2 min同時采集數(shù)據(jù)一次，分別記錄8 組數(shù)據(jù)。在線監(jiān)測與離線檢測的結(jié)果中，1 mL 油液中尺寸大于6，14 μm的顆粒數(shù)及其對應的污染度等級見圖5、圖6，油液的含水量見圖7。

圖5 1 mL 油中尺寸大于6 μm 的顆粒數(shù)及其污染度等級Fig.5 The number of particles and the contamination level of dimension which are bigger than 6 μm in 1 mL oil

由圖5 可知，在線監(jiān)測1 mL 油中尺寸大于6 μm的顆粒數(shù)及對應的污染度等級與離線檢測的結(jié)果隨著運行時間的增加呈明顯的減小趨勢，且兩兩之間的顆粒數(shù)都沒有較大差別，對應的污染度等級完全一致。在線監(jiān)測與離線檢測的顆粒數(shù)及其偏差見表2。

圖6 1 mL 油中尺寸大于14 μm 的顆粒數(shù)及其污染度等級Fig.6 The number of particles and the contamination level of dimension which are bigger than 14 μm in 1 mL oil

圖7 油液的含水量Fig.7 Content of water in the oil

表2 1 mL 油中尺寸大于6 μm 的顆粒數(shù)及其偏差Table 2 The number of particles and deviation of dimension which are bigger than 6 μm in 1 mL oil

由表2 可知，兩種檢測結(jié)果的偏差在－20%以內(nèi)，在線監(jiān)測的結(jié)果較為準確。

由圖6 可知，在線監(jiān)測1 mL 油中尺寸大于14 μm的顆粒數(shù)及其對應的污染度等級與離線檢測的結(jié)果隨著運行時間的增加呈明顯的減小趨勢，且兩者之間沒有較大差別，但當污染度等級降低至11以后，在線監(jiān)測與離線檢測相差了1 個污染度等級。在線監(jiān)測與離線檢測的顆粒數(shù)及其偏差見表3。

由表3 可知，當運行時間超過10 min 后，大于14 μm 的顆粒數(shù)量小，但在線監(jiān)測與離線檢測的偏差相差較大，原因可能是由于離線檢測帶來的誤差所引起的。

表3 1 mL 油中尺寸大于14 μm 的顆粒數(shù)及其偏差Table 3 The number of particles and deviation of dimension which are bigger than 14 μm in 1 mL oil

表4 在線監(jiān)測與離線檢測油液的含水量及其偏差Table 4 The content of water in the oil and deviation between on-line monitoring and off-line detecting

由表4 可知，在線監(jiān)測油液的含水量與離線檢測的結(jié)果均隨著運行時間的增加而減小，在線監(jiān)測與離線檢測的含水量幾乎相同，其偏差在± 6%以內(nèi)。

由上可知，隨著加了濾芯的濾油機的過濾與蒸發(fā)，在線監(jiān)測與離線檢測油液中的顆粒數(shù)和其污染度等級及含水量均在逐漸減小，且由于乳化現(xiàn)象的消失，在線監(jiān)測的結(jié)果與離線檢測的結(jié)果不再出現(xiàn)較大的差別。

3 結(jié)論

(1)當待測油液出現(xiàn)乳化狀態(tài)時，由于在線污染度檢測儀的激光對水的穿透性使其未將水視為顆粒污染物計入檢測結(jié)果中，使監(jiān)測結(jié)果不準確。因此，該儀器對乳化狀態(tài)的油液污染度的監(jiān)測能力仍有待提高。

(2)該在線污染度檢測儀能有效的監(jiān)測出油液的含水量，與離線檢測結(jié)果相差不大，偏差保持在±6%以內(nèi)。

(3)油液非乳化狀態(tài)下，在線檢測能有效的檢測出油液中的顆粒數(shù)及其對應的污染度等級的變化情況，且監(jiān)測結(jié)果與離線檢測的結(jié)果基本相同。同時，通過與離線檢測結(jié)果的對比，說明該在線污染度檢測儀對非乳化狀態(tài)的油液中的污染度及含水量具有較好的準確性，且讀數(shù)簡單、直觀，節(jié)省了大量的人力物力。參考文獻:

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