科(kē)技(jì)通(tōng)訊4月(yuè)11日(rì)訊：油中溶解氣體(tǐ)分(fēn)析是(shì)變壓器(qì)狀态檢測最為(wèi)常見(×jiàn)且可(kě)靠的(de)方法，油氣分(fēn)離(lí)技(jì)術(shù)則是(shì)溶解氣體(tǐ)分(fēn)析中重要(yào)的(de) 一(yī)環。在油氣分(fēn)離(lí)技(jì)術(shù)中，滲透膜是(shì)一(yī)種較為(wèi)新穎且頗具前途的(de)分(fēn)離(lí)技(jì)術(shù)。'相(xiàng)較于傳統的(de)油氣分(fēn)離(lí)方法，滲透膜技(jì)術(shù)具有(y≠ǒu)結構簡單、體(tǐ)積較小(xiǎo)、免于維護等優點，因此該方法是(shì)油中溶解氣體(tǐ)分(fēn)析研究的(de)熱(rè)點®之一(yī)。

中國(guó)科(kē)學院電(diàn)工(gōng)研究所、中國(guó)科(kē)學院大(dà)學、國(guó)家$(jiā)電(diàn)網安徽省電(diàn)力有(yǒu)限公司電(diàn)力科(kē)學研究院的(de)研究人(rén)員(yuán)陳圖南(nán)、馬鳳翔 等，在2022年(ni♥án)第3期《電(diàn)工(gōng)技(jì)術(shù)學報(bào)》上(shàng)撰文(wén)，首先對(&duì)近(jìn)年(nián)來(lái)應用(yòng)于油氣分(fēn)離(lí)的(de)高(gāo)分(fēn)∞子(zǐ)滲透膜材料及其結構進行(xíng)了(le)綜述；然後，結合現(xiàn)有(yǒu)研究對(duì)幾種常見(jiàn)的(de)不(bù)同類型的(de)高(∏gāo)分(fēn)子(zǐ)滲透膜進行(xíng)歸納、總結和(hé)對(duì)比；最後，在總結當前研究的(de)基礎上(shàng)，提出并討(tǎo)論高β(gāo)分(fēn)子(zǐ)滲透膜在變壓器(qì)油中溶解氣體(tǐ)分(fēn)析領域中未來(lái)的(de)發展方向。

三相(xiàng)波紋鳍片密封式油浸變壓器(qì)，變壓器(qì)蓋附件(jiàn)Three phase corru∏gated fin

油浸式變壓器(qì)是(shì)目前電(diàn)力系統中最為(wèi)常見(jiàn)的(de)變壓器(qì)類型。随著(zhe)變壓器(qì)使用(yòng)年(nián)限的(de)增長→(cháng)，變壓器(qì)內(nèi)部的(de)故障不(bù)可(kě)避免。變壓器(qì)絕緣油通(tōng)常由多(duō)種碳氫化(huà)合物(wù)構成，在遇到(dà£o)放(fàng)電(diàn)或過熱(rè)等故障時(shí)，化(huà)合物(wù)中的(de)碳碳鍵和(hé)碳氫鍵會(huì)發生(shēng)裂解Ω，産生(shēng)H2及一(yī)系列低(dī)碳烴類氣體(tǐ)。

除變壓器(qì)油之外(wài)，固體(tǐ)絕緣物(wù)如(rú)變壓器(qì)絕緣紙(zhǐ)中的(de)纖維素分(fēn)子(zǐ)所含有(yǒu)的(de♣)碳碳鍵、碳氫鍵、碳氧鍵會(huì)在放(fàng)電(diàn)或過熱(rè)的(de)故障下(xià)裂解，形成CO、CO2、H2O及烴類氣體(tǐ)。不(bù)同類γ型、程度的(de)故障所産生(shēng)的(de)故障氣體(tǐ)種類、濃度、比例不(bù)同，因此可(kě)以通(tōng)過對(duì)絕緣油中溶解的(‍de)氣體(tǐ)種類及含量進行(xíng)檢測，從(cóng)而反映油浸式變壓器(qì)的(de)絕緣狀态和(hé)故障類型。所以，基于油中溶解氣體(tǐ)分(→fēn)析（Dissolved Gas Analysis, DGA）的(de)檢測技(jì)術(shù)受到(dào)&了(le)國(guó)內(nèi)外(wài)學者的(de)廣泛重視(shì)。

油氣分(fēn)離(lí)裝置是(shì)變壓器(qì)在線檢測系統中的(de)重要(yào)單元，承擔著(zhe)将故障氣π體(tǐ)從(cóng)變壓器(qì)絕緣油中分(fēn)離(lí)出來(lái)的(de)作(zuò)用(yòng)，是(shì)進行(xíng)DGA"的(de)前提。油氣分(fēn)離(lí)的(de)結果會(huì)直接影(yǐng)響脫出的(de)故障氣體(tǐ)的(de)濃度，進∞而影(yǐng)響脫出的(de)故障氣體(tǐ)的(de)定量檢測結果。所以油氣分(fēn)離(lí)的(de)結果會(huì)對(duì)整個(gè)系統的(de)可(kě)靠性造成決定×性的(de)影(yǐng)響。

由此，有(yǒu)必要(yào)對(duì)油氣分(fēn)離(lí)相(xiàng)關技(jì)術(shù)進行(xíng)研究，明(míng)确影(yǐng)響油氣分(♥fēn)離(lí)結果的(de)因素，尋找更優的(de)油氣分(fēn)離(lí)技(jì)術(shù)，提升油氣分(fēn)離(lí)結果的(de)準确性，從(cóng>)而幫助運維人(rén)員(yuán)更精确地(dì)把控變壓器(qì)的(de)絕緣狀态，有(yǒu )助于變壓器(qì)的(de)預防性維護，保障變壓器(qì)安全、穩定運行(xíng)。

真空(kōng)脫氣法和(hé)頂空(kōng)脫氣法是(shì)已經大(dà)規模投入商業(yè)應用✔(yòng)的(de)油氣分(fēn)離(lí)方法。但(dàn)是(shì)，這(zhè)兩類方法往往需要(yào)複雜(zá)的(de)機(jī)械裝置和(hδé)高(gāo)昂的(de)維護成本。滲透膜技(jì)術(shù)是(shì)一(yī)種頗具前途的(de)前述油氣分(fēn)離(lí)技(jì)術(s£hù)的(de)替代方法。

滲透膜技(jì)術(shù)具有(yǒu)多(duō)項優點，例如(rú)結構簡單、潛在适應性強、低(dī)能(néng<)耗、維護成本低(dī)、不(bù)涉及相(xiàng)變、體(tǐ)積小(xiǎo)。與傳統的(de)油氣分(fēn)離(lí)方法相(xiàng​)比，滲透膜技(jì)術(shù)不(bù)需要(yào)載氣及後續處理(lǐ)，便于絕緣油的(de)循環利用(yòng)和(hé)系統維護。

常見(jiàn)的(de)滲透膜材料包括有(yǒu)機(jī)材料、無機(jī)材料和(hé)金(jīn)屬有(yǒu)機(©jī)骨架化(huà)合物(wù)等。已經被開(kāi)發用(yòng)于有(yǒu)機(jī)滲透膜制(zhì)備的(de)材料包括聚酰亞胺、聚砜類、含氟高(gāo)分(fēn)子(zǐ)等，用×(yòng)于制(zhì)備無機(jī)滲透膜的(de)材料包括TiO2、Al2O3、ZrO2、SiO2等，金(jīn)屬有(yǒu)機(jī)骨架化(huà)合物(wù≤)包括Cu3(BTC)2、沸石咪唑酯等。

一(yī)般來(lái)說(shuō)，無機(jī)材料成本較高(gāo)且制(zhì)膜難度較高(gāo)，金(jīn)屬有(yǒu)機(jī)骨架化(huà)合物(wù)♥則尚停留在實驗室階段，難以大(dà)規模工(gōng)業(yè)化(huà)生(shēng)産。相(xiàng)較之下(xià)，有(yǒu)機(jī)高(gāo)分(fēn)子(zǐ)材 料容易獲得(de)、成本低(dī)廉、易于加工(gōng)，是(shì)當今研究的(de)主流方向。

中國(guó)科(kē)學院電(diàn)工(gōng)研究所、中國(guó)科(kē)學院大(dà)學、國(guó)家(jiā)電(diàn)§網安徽省電(diàn)力有(yǒu)限公司電(diàn)力科(kē)學研究院的(de)研究人(rén)員(yuán)對(duì)近(jìn)年(nián)來(láφi)氣體(tǐ)分(fēn)離(lí)相(xiàng)關的(de)滲透膜技(jì)術(shù)進行(xíng)了(le)研究，并根據其特性對(duì)适用(yòng)于 油氣分(fēn)離(lí)的(de)高(gāo)分(fēn)子(zǐ)滲透膜的(de)研究進展進行(xíng)了(le)歸納。此外(wài)，根據已有(yǒu)的(dβe)研究成果，結合電(diàn)力行(xíng)業(yè)的(de)實際需求，研究團隊還(hái)分(fēn)析了(le)高(gāo)γ分(fēn)子(zǐ)滲透膜應用(yòng)于變壓器(qì)油氣分(fēn)離(lí)中的(de)未來(lái)研究方向，以期給相(xiàng)關研究、實γ驗人(rén)員(yuán)提供參考。

滲透膜技(jì)術(shù)為(wèi)變壓器(qì)狀态檢測中的(de)油中溶解氣體(tǐ)分(fēn)析提供了(le)一≠(yī)種新穎且有(yǒu)效的(de)方法。在過去(qù)的(de)幾十年(nián)中，基于滲透膜的(de)油氣分(fēn)離(lí)技(jì)術(shù)得(de)到(dào)了(le')長(cháng)足的(de)發展。如(rú)今，在DGA領域中，已有(yǒu)多(duō)種材料、多(duō)種構型的(de)高(>gāo)分(fēn)子(zǐ)滲透膜得(de)到(dào)了(le)應用(yòng)。

研究團隊針對(duì)基于滲透膜的(de)油氣分(fēn)離(lí)技(jì)術(shù)研究成果進行(xíng)了(le)綜 述，從(cóng)滲透膜油氣分(fēn)離(lí)的(de)機(jī)理(lǐ)、需求和(hé)現(xiàn)狀幾個(™gè)方面入手，介紹高(gāo)分(fēn)子(zǐ)滲透膜在油氣分(fēn)離(lí)技(jì)術(shù)領域的(de)應用(yòng)現(xiàn)狀。其中在滲透膜的(d≥e)現(xiàn)狀方面，研究團隊分(fēn)别從(cóng)材料、結構兩個(gè)角度對(duì)≥現(xiàn)有(yǒu)的(de)研究進行(xíng)了(le)闡述和(hé)分(fēn)析，并結合已有(yǒ≠u)的(de)研究內(nèi)容給出了(le)總結與比較。

此外(wài)，基于前述的(de)前人(rén)研究成果及本研究的(de)綜述內(nèi)容，可(kě)以對(duì↑)目前應用(yòng)于變壓器(qì)油氣分(fēn)離(lí)的(de)滲透膜技(jì)術(shù)的(de)有(yǒu)待研究的(d‍e)問(wèn)題歸納如(rú)下(xià)：

（1）與變壓器(qì)的(de)潛在整合問(wèn)題。

目前，大(dà)部分(fēn)滲透膜的(de)數(shù)據是(shì)實驗室測得(de)的(de)，直接應用(yòng)于實際場(chǎng)景會(huì)出現(xiàn)與變壓器(qì≥)的(de)整合問(wèn)題，即實驗室的(de)測量條件(jiàn)難以适用(yòng)于實際工(gōng)況。尤其是(shì)滲透膜的(de)平衡時(shí)間(jiān)φ會(huì)受溫度影(yǐng)響，這(zhè)導緻即便經過同樣的(de)脫氣時(shí)間(jiān)，氣室中的(de)故障氣體(tǐ)濃度會(huì)‌因溫度的(de)不(bù)同而不(bù)同。因此，難以采用(yòng)實驗室中标定的(de)結果對(duì)實際場(chǎng)景中運行(xíng)的(≥de)變壓器(qì)進行(xíng)故障診斷。

（2）響應時(shí)間(jiān)長(cháng)于常見(jiàn)在線監測裝置。

現(xiàn)有(yǒu)的(de)研究成果顯示，采用(yòng)滲透膜進行(xíng)油氣分(fēn)離(lí)所需要(yào)的(de)平>衡時(shí)間(jiān)通(tōng)常都(dōu)在h級。這(zhè)樣的(de)油氣分(fēn)離(lí)效率難以滿足最小(xiǎo)檢測周期不(bù)大(dà)于2h的(de)要(yào)α求。而目前較為(wèi)成熟的(de)真空(kōng)脫氣和(hé)頂空(kōng)脫氣方法完成油氣分(fēn)離(lí)通(tōng)常隻需要(yào)30miΩn以內(nèi)。因此，應用(yòng)滲透膜作(zuò)為(wèi)油氣分(fēn)離(lí)單元的(de)裝置響應時(shí)間(j♦iān)長(cháng)仍是(shì)有(yǒu)待解決問(wèn)題。

基于上(shàng)述內(nèi)容，研究團隊對(duì)應用(yòng)于變壓器(qì)油氣分(fēn)離(lí)的(de)滲透膜技(jì)術(shù)發展方向進行(xíng)如(rú)下(≈xià)展望：

（1）溫度補償。

滲透膜的(de)氣體(tǐ)滲透性與溫度有(yǒu)著(zhe)密切的(de)關系。對(duì)于同一(yī)種滲透膜，™不(bù)同溫度下(xià)的(de)平衡常數(shù)值差異較大(dà)。因此，由于變壓器(qì)運行(xíng)時(shí)油溫有(yǒu)所不(bù)同Ω，在使用(yòng)基于滲透膜的(de)油氣分(fēn)離(lí)單元時(shí)，應盡量在與平衡常數(shù)值₹标定時(shí)相(xiàng)同的(de)溫度下(xià)進行(xíng)檢測，或采取一(yī)定方法來(l ái)補償溫度變化(huà)帶來(lái)的(de)分(fēn)離(lí)結果的(de)誤差。

（2）平衡時(shí)間(jiān)。

盡管經過長(cháng)期的(de)發展，基于滲透膜技(jì)術(shù)的(de)油氣分(fēn)離(lí)平衡時¶(shí)間(jiān)已經從(cóng)最初的(de)上(shàng)百小(xiǎo)時(shí)縮短(duǎn)至如(rú)今的(de)幾個(gè)小(xiǎo)時(shí)，​但(dàn)是(shì)響應時(shí)間(jiān)依然較長(cháng)。因此，需要(yào)進一(βyī)步對(duì)滲透膜材料進行(xíng)改性研究，才能(néng)夠使其平衡時(shí)間(jiān)達到(dào)一(yī)個(gè)能(néng)夠接受的(de)即時(shí)響應水(↓shuǐ)平。

綜上(shàng)所述，應用(yòng)于油中溶解氣體(tǐ)分(fēn)析領域油氣分(fēn)離(lí)中的(de)高(gāo)分(fēn)子(zǐ)↑滲透膜技(jì)術(shù)仍在不(bù)斷發展之中。随著(zhe)電(diàn)力工(gōng)業(yè)的(de)不(bù)斷進步，對(duì)油中溶解≠氣體(tǐ)在線監測的(de)要(yào)求逐步提高(gāo)，采用(yòng)滲透膜技(jì)術(shù)進行λ(xíng)油氣分(fēn)離(lí)是(shì)趨勢所在，探索研究具有(yǒu)工(gōng)業(yè)化(huà)潛力的(de)滲透膜具有(yǒu)重大(dà)的(de)實際意義。

本文(wén)編自(zì)2022年(nián)第3期《電(diàn)工(gōng)技(jì)術(shù)學報(bào)》，論文(​wén)标題為(wèi)“高(gāo)分(fēn)子(zǐ)滲透膜在變壓器(qì)油中溶解氣體(tǐ)分(fēn)析中的(d"e)應用(yòng)”，作(zuò)者為(wèi)陳圖南(nán)、馬鳳翔 等。