变压器油色谱在线监测系统探究

变压器油色谱在线监测系统探究

刘方明

（大唐山东电力检修运营有限公司山东省青岛市266555）

摘要：电力变压器是电力系统的重要设备，其稳定程度关系着整个电力系统的运行。介绍了变压器油色谱在线监测系统的工作原理，探讨了在线监测系统的工作流程及目前存在的问题，并对其应用前景进行展望。

关键词：变压器；油色谱分析；在线监测

前言

变压器是电力系统运行的的重要设备，一旦发生缺陷，将严重影响电能的输送及整个系统的稳定运行。因此，变压器的周期性检修工作是预防电力系统故障的重要方面。变压器绝缘油中的溶解气体与变压器设备的内部故障有着密切关系，长期以来在实验室中对变压器油色谱进行检测分析是预防变压器故障的重要手段之一。但是，周期性的停机检修，不仅增加了检修成本，而且不易及时发现变压器运行中的潜在安全威胁，易发生重大安全事故。

1.在线监测系统的原理

变压器油色谱在线监测是指在不影响变压器正常运行的前提下，依据变压器绝缘油中的特征气体组分含量对变压器的运行状况进行实时监测的系统。目前，变压器油色谱在线监测系统主要分为单组分和多组分气体在线监测两大类。单组分气体气体在线监测由于反应气体单一，无法全面反映各种气体的浓度，因此在实际中应用较少。目前我国应用较多的是多组分气体在线监测，即通过监测变压器中氢气、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、一氧化碳、二氧化碳等气体的体积分数来判断变压器的故障类型。

变压器油色谱在线监测系统主要包括油样采集、油气分离、色谱分离、气体检测、数据采集、现场控制与处理等单元，以及通信控制、主站单元、监控软件、辅助单元等。其中油气分离、色谱分离和气体检测是整个系统最重要的单元。

油气分离单元即将在油中溶解的部分特征气体进行分离，目前主要采用机械震荡式分离法。在恒温状态下，将油气导入真空的分离装置中，通过对油样搅拌使溶解气体分离，从而达到溶解平衡。色谱分离单元即将色谱柱中的气体样品根据其吸附力的不同进行各组分分离。气体检测单元则是将经过色谱柱分离的气体通过专业检测器，从而得到各种气体的含量。

2.在线监测信息系统的流程

2.1实验室模拟在线监测环境

实验室在线监测信息系统以基本模拟现场运行环境为目标，由自制密闭油箱、自制气室、色谱检测仪、下位机和后台主控PC组成。其运行过程如图：

将变压器绝缘油注入自制密闭油箱中，并通入一定比例的标准混合气体，气体成分包括CH4、C2H6、C2H4、C2H6、C2H2、H2、CO等，自制气室中安装高分子透气薄膜，约24小时后膜两边的气体浓度达到基本平衡，并进入气体动态平衡状态，此后开始检测。

通过实验室模拟在线监测系统，可以得出以下结论：色谱在线监测系统可以较好的完成气体的油气分离、峰值检测等工作，可以较为精确的对色谱原始数据进行分析和浓度换算，可以诊断出绝大多数变压器内部绝缘的故障类型，能够满足工程需要。

2.2系统自动监测流程(见图2)

如图显示了一次色谱在线监测的流程。监测启动时,上位机发送“监测启动”指令给下位机控制系统。下位机接收到该信号,使2号电磁阀开通,载气吹到热导检测器处。加热模块开始加热热导检测器,大约在在延时240秒后加热模块到达工作温度,然后热导检测器开始通电。此时上位机可以发出查看基线的指令,以查看在无故障气体通入热导检测器的情况下输出的信号是否为一条平直的基线。当基线平稳后,即可以开始采集色谱数据。采样结束后,下位机发“采样结束”报告,温度控制模块结束工作,一次监测结束。

3.在线监测系统存在的问题

3.1载气管理

变压器油色谱在线监测多使用高纯氮气作为载气，而高纯氮气瓶中的氮气量是有限的，使用一段时间后易发生因氮气用完或欠压而导致的无法检测情况，若等氮气用完再联系厂家进行更换，则无法保证在线监测系统监测功能的连续性，解决此种情况可以采用以下两种方式。

图2

变压器油色谱在线监测系统每次检测所消耗氮气量基本相同，可以通过计算得出每瓶高纯氮气可以使用的时间，并准确记录高纯氮气瓶的更换时间，提前更换氮气瓶，避免出现因氮气量不足而导致的在线监测系统无法工作的情况。在场地允许的情况下，也可采用大容量高纯氮气瓶，减少氮气瓶的更换次数。

此外也可考虑使用高纯氮气发生器连续产生高纯氮气，但实验室的高纯氮气发生器对环境要求较高，且需经常维护，不适合变电所环境使用。若可以研发一款对环境要求低，且不需要经常维护的高纯氮气发生器，载气源问题就可以得以解决。

3.2仪器标定

在线与离线色谱仪都需要定期标定，长时间不标定会影响检测数据的准确性，尤其更换载气瓶后，更需要重新标定，否则数据偏差会较大。标定时常采用外标法，即通过注入一定量已知各组分含量的标准气，通过各组分的保留时间定性、图谱中各组分峰面积定量的标定方法。为了解决仪器标定的问题，可以考虑在变压器油色谱在线监测系统中增加自动标定模块，外挂标准气瓶，按照提前设定好的周期自动标定。

4.结语

随着状态检修工作的逐步深入，国家对供电可靠性的要求逐年提高，在线监测领域前景可观。变压器油色谱在线监测系统的设计和开发，为今后的状态检修工作提供技术支持，其不仅保证了变压器的安全稳定运行，而且避免了频繁取样，降低了人员工作强度。如果能进一步完善并解决其日常维护中存在的问题，就可以为变压器状态检修提供更为准确的依据，其前景将更值得期待。

参考文献：

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