油色谱在线监测系统介绍

油色谱在线监测系统介绍

曹磊 周徐达

国网上海市电力公司

变压器色谱在线监测系统可定量、自动、快速地在线监测变压器等油浸式电力高压设备的油中溶解故障气体的含量及其增长率，并通过故障诊断专家系统早期预报设备故障隐患信息，避免设备事故，减少重大损失，提高设备运行的可靠性。该系统作为油色谱在线监测领域的权威产品，为电力变压器实现在线远程 DGA 分析提供稳定可靠的解决方案，是电力系统状态检修制度实施的有力保障。油色谱分析原理是基于变压器油中特定的烃类气体的产生速率随温度变化规律， 在特定温度下，往往有某一种气体的产气率会出现最大值。随着温度的升高，产气率最大的气体依次为 CH4、C2H6、C2H4 和 C2H2，这也证明在故障温度与溶解气体含量之间存在着对应的关系。而局部过热、局部放电或电弧是导致油浸纸绝缘中产生故障特征气体的主要原因。变压器正常运行状态下，由于油和固体绝缘会逐渐老化、变质， 并分解出极少量的气体，当变压器内部发生过热性故障、放电性故障或内部绝缘受潮时，这些气体的含量会迅速增加。

气相色谱型：利用油泵、气泵将油气分离，利用载气带动气体样

品定时传送至色谱柱进行分离，经分离后的气体通过检测器检测作用，转换成电信号，通过A/D 转换获得气体组分的色谱出峰图，根据组分峰高或面积进行浓度定量分析。这种原理是目前人工分析（实验室）做法应用到在线设备上，但两者最大区别在于实验室条件远优于在线设备。主要设备：核心元器件包括就地检测箱、油管、载气瓶、后台机。

光声光谱型：光声光谱技术是基于光声效应来检测吸收物体积分数的一种光谱技术，即气体分子吸收特定波长的电磁辐射（红外光） 所产生的效应。气体分子吸收经过调制的特定波长红外辐射而被激发到高能态，由于高能态极不稳定，分子随即以无辐射跃迁形式将吸收的光能变为热能而回到基态；宏观上表现为压力的变化，即产生声波。光声信号的相位与光的调制相位相同，而光声信号的强度与气体的体积分数及光的强度成正比。光的强度一定时，根据光声信号强度就可以定量分析出气体的体积分数。

变压器色谱在线监测系统由现场监测单元（色谱数据采集器

MGA2000-6H-01）、主站单元（数据处理服务器 MGA2000-6H-02）及监控软件（状态监测与预警软件MGA2000-6H V2.0.3）组成。现场监测单元即色谱数据采集器由油样采集单元、油气分离单元、气体检测单元、数据采集单元、现场控制处理单元、通讯控制单元及辅助单元组成。其中辅助单元包括置于色谱数据采集器内的载气，变压器接口法兰、油管及通信电缆等。

变压器色谱在线监测系统工作时，采用真空差压方式将变压器油吸入到油样采集单元中，通过油泵进行油样循环；油气分离单元快速分离油中溶解气体至气室，内置的微型气体采样泵把分离出来的气样输送到六通阀的定量管内并自动进样；在载气推动下，样气经过色谱柱分离，顺序进入气体检测器；数据采集单元完成 AD 数据的转换和采集，嵌入式处理单元对采集到的数据进行存储、计算和分析，并通过RS485/CAN/100M 以太网接口将数据上传至数据处理服务器（安装在主控室），最后由 MGA2000-6H V2.0.3 状态监测与预警软件进行数据处理和故障分析。这些气体大部分溶解在绝缘油中，少部分析出上升至绝缘油表面并进入气体继电器。经验表明，油中气体的各种成分含量与故障性质及程度直接关联。因此，在变压器运行中，定期测量溶解于油中的气体成分与含量，对于及时发现充油电力设备内部存在的潜伏性故障具有非常重要的意义。DL/T596-1996《电力设备预防性 试验规程》中，已将变压器油的气体色谱分析放到了重要位置，并通过近些年的普遍推广应用和经验积累取得了显著的成效。

变压器色谱在线监测系统从变压器中取油、对油进行分析，然后

把油送回到变压器中。取油口和回油口的选择对于油中溶解气体的精确分析是非常重要的。选择合适的取油口及回油口通常包括以下内 容：

选择色谱数据采集器的安装位置时，应该考虑以下方面：

①色谱数据采集器应该安装在不影响变压器维护和不影响其它工作的位置。

②色谱数据采集器前后两侧应预留 1.0 米的空间，以便用于色谱数据采集器的安装与维护。其正面应面向巡检通道。

③色谱数据采集器安装位置应尽量接近取油口和回油口的位置。色谱数据采集器安装位置确定后应正确估算取油口、回油口与安装位置的距离。

④色谱数据采集器安装位置附近应有 220V 交流电源。

数据处理服务器建议安装在变电站主控室或电厂的电气控制室内（预留交流 220V 电源及通信线通道）。数据处理服务器外型满足19″工业机箱标准，可直接在预留空位的 19″标准工业控制屏柜上安装。如无备用，则需要加装 19″标准工业控制屏柜。

数据处理服务器与色谱数据采集器有不同的配置方案，一台数据处理服务器可以带一台色谱数据采集器，也可以带多台色谱数据采集器（最多 16 台），具体方案要根据用户实际情况确定。