浅谈变压器油色谱在线监测的若干问题

浅谈变压器油色谱在线监测的若干问题
发布时间：2021-11-10T07:24:48.303Z 来源：《河南电力》2021年7期作者：马慧芳张方伟
[导读] 变压器对输变电系统具有举足轻重的作用，因此及时发现变压器潜伏性故障对于变压器的正常运行显得尤为重要。

变压器油色谱在线监测装置就可以及时发现变压器本体内部存在的潜在故障，对变压器的安全运行起到很好的监视作用。

但前提是油色谱在线监测装置运行及数据正常，才能正确分析变压器存在的故障。

对油色谱在线监测装置运行过程中出现的故障现象进行深入分析，才能有效避免主变事故的发生，保障变压器长期安全稳定运行。

马慧芳张方伟
（国网安徽省电力有限公司检修分公司安徽合肥 230061）
摘要：变压器对输变电系统具有举足轻重的作用，因此及时发现变压器潜伏性故障对于变压器的正常运行显得尤为重要。

变压器油色谱在线监测装置就可以及时发现变压器本体内部存在的潜在故障，对变压器的安全运行起到很好的监视作用。

但前提是油色谱在线监测装置运行及数据正常，才能正确分析变压器存在的故障。

对油色谱在线监测装置运行过程中出现的故障现象进行深入分析，才能有效避免主变事故的发生，保障变压器长期安全稳定运行。

关键词：变压器；油色谱在线监测；异常分析；状态检修
大型变压器是整个发供电系统的核心设备，其安全运行至关重要，由于大型变压器设计、制造、材料质量和运行等诸多方面的原因，设备的恶性故障时有发生，严重影响了电网的安全稳定运行。

变压器油色谱在线监测系统是变压器由周期性检修走向状态检修的重要一步，通过对绝缘油中溶解气体的测量和分析，实现对大型变压器内部运行状态的在线监控，及时发现和诊断其内部故障，为保证变压器的安全经济运行提供了技术支持。

1 油色谱在线监测技术的发展历史
20世纪70年代，欧美等发达国家开始通过可燃性气体检测装置来检测变压器油中溶解气体判断变压器的整体绝缘状态，并逐步发展到利用气相色谱法分析油中的气体。

20世纪80年代，油中溶解气体的在线监测装置被研制成功用来对变压器故障进行实时监测。

近年来，随着计算机技术、微电子技术、网络技术以及高灵敏度传感器技术的日益发展和成熟，变压器油色谱在线监测装置进入应用阶段。

变压器油色谱在线监测装置以其能提前监测出变压器潜伏性故障的优势，有利于早期发现变压器隐患，避免突发故障的发生，提高了检修的针对性，大大降低了检修费用。

2 油色谱在线监测装置原理和结构
2.1 油色谱在线监测装置的原理
油色谱在线监测系统的两个关键技术是油气分离和气体含量检测。

油色谱在线监测通过脱气法将绝缘油中溶解的特征气体分离出来，经过色谱柱后，分离出各个单组分气体，再进入到气敏检测单元。

检测单元的作用是将被色谱柱分离的组分按其物理、化学性质转化为易测量的电信号，目前最常用的是氢火焰离子化检测器和热导池检测器两种。

传感器输出代表各组分气体浓度的电信号，经 A/D 转换后输入终端计算机，终端计算机将数据传送至主控计算机，并显示在上位机软件上。

2.2 油色谱在线监测装置结构
油气分离模块是将油中溶解的气体通过化学物理方法从油溶剂中分离出来，而不完全分离将直接导致后续组分分离和检测结果不准确。

目前，油气分离方法主要是：顶空法、真空法、薄膜渗透法等。

目前气体分离和检测模块主要有两种方法：①利用色谱柱分离油气分离模块得到气体中的各组分，再通过专用传感器进行检测；②通过对单一气体敏感的检测器进行气体各个组分的检测。

检测器法检测气体各组分对仪器配置、使用环境及维护相比于传感器法要求较高，但检测器法的检测原理与实验室环境下的仪器原理一致，能够保证在线监测数据与实验室试验数据一致，便于分析。

数据处理及状态诊断模块是由后台数据采集处理、后台数据传输和状态诊断所组成。

利用各组分浓度、各组分产气速率和各组分物质的量比值，结合三比值法及特征气体法等方法对被监测设备进行状态诊断。

3 变压器油色谱在线监测系统简介
变压器油色谱在线监测系统由在线监测装置柜、后台监控主机、油色谱在线分析及故障诊断专家系统软件、变压器阀门接口组件以及不锈钢油管几部分组成。

基于气相色谱检测技术的油中溶解气体在线监测装置能按预设的周期连续在线检测出变压器油中溶解的H2、CO、
CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6等特征气体的含量，对气体进行定量分析，通过专家系统分析诊断是否存在潜伏性故障及故障类型，并按设定的报警值进行声光报警。

变压器油色谱在线监测系统原理顺序：变压器油箱→油气分离系统→多种气体色谱检测系统→数据采集及通讯系统→数据库及谱图分析、故障诊断系统。

具体的操作为：变压器油中的故障气体经过油气分离装置分离后，在微型气泵作用下进入电磁六通阀的定量管，故障特征气体在载气作用下流过色谱柱，气体检测器按气体出峰顺序将七组组分气体（H2、CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6）变换成电压信号。

色谱数据采集器把采集的电压信号通过RS485/232总线传给主控室的数据处理系统，处理系统根据仪器的标定数据进行定量分析，计算各组分和总烃的含量及各自增长率，故障诊断专家系统分析变压器故障，实现变压器故障在线监测。

表1 不同故障类型产生的气体
变压器各种故障产生的特征气体成分如表 1 所示，分别是氢气（H2）、一氧化碳（CO）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）等。

4 变压器油色谱在线监测系统常见故障分析及处理
4.1油色谱在线监测装置故障
油色谱在线装置常见的故障现象有以下几个：①图谱一条直线。

可能是六通阀不能切换、传感器接线错误或模块故障。

②数据全部为0或个别数据为0值。

可能是峰位偏移、稳压阀损坏、油路渗漏油和定标文件错误，甚至主板损坏。

③图谱基线不稳不平。

可能是色谱分析仪气密性差、漏气，排气阀或载气进气阀堵塞，色谱板故障或色谱柱污染。

④图谱基线成梯形状。

可能是进油油路渗漏油，导致油样进了空气，或色谱板故障。

⑤电源指示灯不停闪烁。

可能是电源板出现短路或外接光端机出现短路。

⑥载气压力为0.可能是载气瓶欠压，或电路板故障。

⑦误报乙炔含量。

可能是色谱柱进油导致峰位偏移过多。

⑧色谱图上显示全部是倒峰。

可能是传感器的两根信号线接线位置接反。

4.2 常见异常色谱图分析及处理
在油色谱在线监测装置实际运行中，我们可能会遇到各种各样的异常色谱图，本文我们仅对常见的2个典型图谱进行分析。

第一个典型图谱主要现象有，图谱基线不稳，基线变粗。

故障原因是色谱柱进了少量油污，导致基线不稳；传感器进了油污则导致基线变粗，有噪音和毛刺。

处理这类图谱异常时，先看峰位是否有偏移，有偏移的就是设备漏油，按漏油处理。

若没有偏移可以加长预热时间并进行标样测定，加长预热时间还不行就更换色谱柱和清洁传感器。

第二个典型图谱主要现象有，峰型很小。

若是设备停运几天以上，采第一个样或换了新色谱柱采第一个样是正常情况。

若连续采样都是这样，色谱分析仪漏气的可能性大，要检查气密性。

如果这类图谱中有变粗、毛刺和噪音，那问题就和电路有关，可检查与传感器相连的电源板、线路和传感器本身。

若基线很细很平滑，但基线不稳，那问题就和进气气路、载气和色谱柱本身相关。

5 结束语
油色谱在线监测装置的正常运行与否，直接关系到色谱数据采集的时效性和准确性。

通过变压器油色谱分析，及时发现变压器内部各种潜伏性故障，运用三比值立方图、趋势图对主变的故障类型和故障原因及时作出分析判断，从而有效避免主变事故的发生，最终保证变压器长期安全稳定运行。

参考文献：
[1]孟源源.电力变压器油色谱在线监测技术综述[J].华电技，2009，31（11）．
[2]变压器油中溶解气体分析和判断导则：DL/T722-2014[S].北京：中国电力出版社，2015.。