变压器油污染度在线监测试验研究

张贤明，肖进凯，陈彬，武宏阳，韩超，颜欢

(重庆工商大学 废油资源化技术与装备教育部工程研究中心，重庆 400067)

变压器油的性质比较稳定，通常情况下不易发生变化，因此在常年运行的变压器中主要起冷却、绝缘和消弧的作用，对变压器设备的可靠运行起着重要作用［1］。变压器生产、运输及运行过程使油中混入固体杂质及水分，同时老化过程中的水解反应和氧化反应也会产生水分。固体杂质会引起设备元件的磨损及卡涩、加速油质劣化、加速油液中水分对元件的腐蚀。水分则促使绝缘纤维老化、加速油质劣化、加速对金属部件的腐蚀、助长有机酸的腐蚀能力［2-10］。近年来，国内外由于变压器油中含有固体杂质导致的事故已给电力行业带来了巨大的损失［11］，给广大消费者带来极大的不便［2］。

采用在线监测技术对运行中的变压器油实时检测，可以有效地发现其油液污染度变化并分析、处理，以防止不该发生的设备事故，起到预防性试验因其周期长而不能起到检测的作用，同时，在线监测方法简单，数据显示直观快捷。所以，在线监测系统的研制可以有效的提高变压器设备的可靠性和安全性，将产生巨大的经济效益和社会效益，具有十分重要的现实意义［12］。

本文以25#变压器油为研究对象，拟定了不同污染度等级的颗粒物及不同水分含量的实验方案，利用在线检测经滤油机过滤后油液污染度和水分的变化情况，并与离线检测结果进行对比，验证在线监测仪器的准确性。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

25#变压器油(含有铜粉、铁粉等颗粒物及水分)。

KLD-Z-O 在线污染度检测仪;TZX-A250* 10 滤油机;HIAC-8012 油品污染度测试仪;Metrohm899库伦水分仪。

1.2 实验方法

在线监测系统的工作原理见图1。

图1 在线监测系统工作原理Fig.1 The online monitoring working principle

含有水和杂质的25#变压器油混合液在真空泵的作用下从进油口进入，经加热器加热脱去大部分水，再经过滤油机(10 μm 滤芯)过滤，在排油泵的作用下，从排油口输出，从而完成一个工作循环。在排油支路上接一个出油口，连接在线污染度检测仪，检测排出油的污染度。在记录某一时刻在线污染度的同时，取一定量经该仪器排油口排出的油，经实验室内油品污染度测试仪检测，进行对比分析。

实验时，先将真空滤油机过滤器中的滤芯取出，让油液在滤油机中循环，待在线监测仪显示的数据稳定后取一组油液进行离线检测。接着将滤芯装入过滤器中，采集在线污染度检测仪显示的实时数据及与之对应的排出的油液进行离线检测。

2 结果与讨论

2.1 真空滤油机中未加装滤芯

图2 1 mL 油中尺寸大于6 μm 的颗粒数及其污染度等级Fig.2 The number of particles and the contamination level of dimension which are bigger than 6 μm in 1 mL oil

图3 1 mL 油中尺寸大于14 μm 的颗粒数及其污染度等级Fig.3 The number of particles and the contamination level of dimension which are bigger than 14 μm in 1 mL oil

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

在真空压力0.3 MPa，加热器温度60 ℃，未加滤芯运行的情况下，在线监测与离线检测的结果中1 mL 油液中尺寸大于6，14 μm 的颗粒数及其对应的污染度等级见图2、图3，油液的含水量见图4。由于6 μm 左右的微小颗粒浓度是引起液压系统淤积和堵塞故障的主要原因，而大于14 μm 的颗粒浓度则对液压元件的磨损起着主导作用，因此本文中仅对大于6，14 μm 的颗粒进行了比较。由图2、图3 可知，随着滤油机的运行，在线监测结果中1 mL 油中尺寸大于6，14 μm 的颗粒数与其对应的污染度等级均没有变化，但与离线检测结果有较大差别;在离线检测结果中，1 mL 油中尺寸大于6，14 μm 的颗粒数与其对应的污染度等级均在逐渐减小，当运行到10 min 时，在线监测与离线检测的结果基本一致。原因可能是刚开始待测油液含水量过大，已经发生乳化现象，离线状态下能检测出受水分影响的变压器油污染度等级的准确值，在线监测仪由于其激光对水的穿透性能很强，并未将水视为颗粒污染物计入检测结果中，故在线监测的污染度等级及颗粒数量较离线检测的结果要小;随着滤油机的运行，加热器对油液的加热，使油液中的水分逐渐蒸发，在线监测及离线检测其含水量在逐渐减小，且两种检测结果的偏差在6%以内(表1)。图3 中油液的含水量由142. 5 mL/L 减小为82.4 mL/L的过程中，可以观察到油液中的乳化现象逐渐消失并呈现出澄清的状态，此时排除了乳化现象的干扰，在线监测的污染度等级及颗粒数量与离线检测的结果基本一致。同时油中基本没有大颗粒(＞70 μm)的存在，因此不存在堵塞在线监测仪而导致检测结果不准确的情况。

表1 在线监测与离线检测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 真空滤油机中加装滤芯

在相同真空压力及温度的条件下，增加滤芯开始记录在线数据，并进行离线检测，之后每隔2 min同时采集数据一次，分别记录8 组数据。在线监测与离线检测的结果中，1 mL 油液中尺寸大于6，14 μm的颗粒数及其对应的污染度等级见图5、图6，油液的含水量见图7。

图5 1 mL 油中尺寸大于6 μm 的颗粒数及其污染度等级Fig.5 The number of particles and the contamination level of dimension which are bigger than 6 μm in 1 mL oil

由图5 可知，在线监测1 mL 油中尺寸大于6 μm的颗粒数及对应的污染度等级与离线检测的结果随着运行时间的增加呈明显的减小趋势，且两两之间的颗粒数都没有较大差别，对应的污染度等级完全一致。在线监测与离线检测的颗粒数及其偏差见表2。

图6 1 mL 油中尺寸大于14 μm 的颗粒数及其污染度等级Fig.6 The number of particles and the contamination level of dimension which are bigger than 14 μm in 1 mL oil

图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 的颗粒数及其偏差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，两种检测结果的偏差在－20%以内，在线监测的结果较为准确。

由图6 可知，在线监测1 mL 油中尺寸大于14 μm的颗粒数及其对应的污染度等级与离线检测的结果随着运行时间的增加呈明显的减小趋势，且两者之间没有较大差别，但当污染度等级降低至11以后，在线监测与离线检测相差了1 个污染度等级。在线监测与离线检测的颗粒数及其偏差见表3。

由表3 可知，当运行时间超过10 min 后，大于14 μm 的颗粒数量小，但在线监测与离线检测的偏差相差较大，原因可能是由于离线检测带来的误差所引起的。

表3 1 mL 油中尺寸大于14 μm 的颗粒数及其偏差Table 3 The number of particles and deviation of dimension which are bigger than 14 μm in 1 mL oil

表4 在线监测与离线检测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，在线监测油液的含水量与离线检测的结果均随着运行时间的增加而减小，在线监测与离线检测的含水量几乎相同，其偏差在± 6%以内。

由上可知，随着加了滤芯的滤油机的过滤与蒸发，在线监测与离线检测油液中的颗粒数和其污染度等级及含水量均在逐渐减小，且由于乳化现象的消失，在线监测的结果与离线检测的结果不再出现较大的差别。

3 结论

(1)当待测油液出现乳化状态时，由于在线污染度检测仪的激光对水的穿透性使其未将水视为颗粒污染物计入检测结果中，使监测结果不准确。因此，该仪器对乳化状态的油液污染度的监测能力仍有待提高。

(2)该在线污染度检测仪能有效的监测出油液的含水量，与离线检测结果相差不大，偏差保持在±6%以内。

(3)油液非乳化状态下，在线检测能有效的检测出油液中的颗粒数及其对应的污染度等级的变化情况，且监测结果与离线检测的结果基本相同。同时，通过与离线检测结果的对比，说明该在线污染度检测仪对非乳化状态的油液中的污染度及含水量具有较好的准确性，且读数简单、直观，节省了大量的人力物力。参考文献:

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