变压器油色谱在线监测装置技术研究

变压器油色谱在线监测装置技术研究
摘要：变压器是重要的电力设备之一，它在整个电网中承担着电压变化和传输的重要任务，与用户的供电息息相关。

若这一环节出现故障及不能及时发现，便会导致供电量、供电质量的下降，影响用户的正常使用，甚至导致供电系统的瘫痪，影响正常的国民经济社会生活。

因此，对变压器的实时在线监测至关重要。

变压器油色谱在线监测系统的研究是近年来在变压器故障分析领域的一大重要方法，它可以通过分析油中溶解气体的组分、含量以及各气体的比值等变化进而判断变压器绝缘老化或出现故障的程度，从而实现对变压器的实时监测，防止故障的发生，为电力系统的可靠、高效、稳定运行提供保障。

关键词：变压器；油色谱在线监测装置；技术要点
1导言
随着电力向大机组、高容量的迅猛发展，对关键设备运行状态的实时把握提出越来越高的技术要求，变压器油色谱在线监测从本质上改变了传统的变压器油监测方式。

特别是对高容量、新型变压器的管理、运行和维护经验不足，很必要通过在线监测装置来随时监测运行设备的运行状况和缺陷变化趋势。

不但提高了企业管理运营效率，也有效保障了变压器运行的安全可靠性。

2油色谱在线监测装置系统原理介绍
现以上海某公司生产的TROM-600G变压器油色谱在线监测装置为例介绍，其装置结构如下图1所示。

图1TROM-600油色谱装置技术特点
TROM-600G主要由油气分离单元、气体分离单元、检测单元、AD采样单元和控制单元以及嵌入式工控机（IED）等组成。

变压器油通过油循环方式进入油气分离单元，油气分离方式选用真空脱气的方式，并严格控制脱气环境的恒温恒压，确保每次脱气的效率一致。

油中脱出的气体通过阀组进入色谱柱，不同气体在色谱柱中被分开，依次送入气体传感器进行浓度检测。

不同气体的出峰顺序不一样，从而实现了对混合气体的检测。

气体传感器把气体浓度信息转变为电信号输出，采样单元对电信号进行采集并经过控制单元进行数据处理，最终分析得到各种气体的浓度。

分析结果通过485有线或GPRS无线方式上传到工作站后台，并实时显示出来，后台软件还可通过智能算法（大卫三角形法、三比值法等）对变压器状态进行分析并报警，为变压器检修提供依据。

TROM-600变压器油色谱在线监测系统就是根据电力用户的紧迫需求，针对变压器内部的过热和放电等故障所开发的监测设备，该设备弥补了离线测试周期长的不足，可以在线定时地长期监测油浸式变压器的运行状态，检测结果及时上传到后台的监控系统。

3变压器油色谱在线监测装置技术
3.1油气分离单元原理
变压器油主要由碳氢化合物组成，当变压器中有故障发生时，由于故障发生的位置，持续时间，故障程度的不同，产生的故障气体成分也不同。

气体在不同的外部条件下会达到动态平衡，分离混合气体的成分，显得尤为重要。

油气分离单元见图2。

图2油气分离单元组成
选择合理渗透系数的高分子膜，可以有效实现油气分离，实际生产中，往往选对气体分子有较大渗透系数的高分子膜。

常用的油中气体监测设备包括气体的分离和检测部分。

分离部分采用F46膜和厚度和孔径均为2mm的多孔不锈钢板。

气室和传感器室待机时处于隔离状态，传感器室与大气为连通状态，保证设备正常工作，气敏元件长时间带电。

当需要检测气室中气体时，电磁阀启动将传感器室与气室连通，同时与大气断开连接，为保证检测的定时性，需要使电磁阀有一定时间间隔进行开闭动作。

3.2动态顶空脱气法
动态顶空脱气法的原理是油样进入脱气模块后，把载气通入油中，在持续的气流吹扫下，样品中的组分随载气逸出，并通过一个装有吸附剂的捕集装置进行浓缩，在一定吹扫时间之后，样品中的组分全部或定量进入捕集器，由切换阀将捕集器中的组分迅速切换到色谱柱中
进行分离。

这种分离技术具有脱气速度快（一般仅需15～30min）、效率高、重复性好等优点，但油样与气样之间没有隔离，脱出的气样中会含有少量的油蒸汽，从而造成对色谱柱的
污染，降低色谱柱的使用寿命。

3.3组分分离技术
组分分离是一种高效的物理分离技术，即色谱法，是利用样品中各组分在流动相和固定
相中分配系数不同而进行分离的。

组分分离由色谱柱来完成，固定相装在色谱柱中，流动相
是能够使油气分离出来的气体进入色谱柱的载气，当两相作相对运动时，气体各组分在两相
间进行反复多次分配，分配系数小的组分先流出色谱柱，分配系数大的后流出色谱柱，这样
当流经一定柱长后各组分得到分离，通过传感器检测出各组分气体含量。

色谱柱组分分离的
好坏则影响到各种特征气体含量测量的准确度。

3.4监测装置温控检测技术要点
为了使油色谱在线监测装置正常运行在合理温度区间内，设计了变压器油中溶解气体在
线监测装置恒温箱控制系统。

该系统将温度传感器采集的温度数据发送给单片机进行处理，
即主机判断实测温度超过设定温度范围时，单片机将发出电平控制信号启动加热片进行加热
或制冷风扇进行制冷，使恒温箱内的环境温度保持在恒定范围内。

油色谱在线监测装置恒温
箱控制系统结构框图如图3所示。

我们针对主要步骤进行了分析。

图3监测装置恒温箱控制系统结构框图
3.4.1主机
微处理器是整个恒温箱温控系统设计的核心，选用AT89C51单片机作为油色谱在线监测
装置恒温箱控制系统的主机。

该单片机具有电压低、控制方便灵活、价格较低、使用性能好
等特点，为自动控制系统提供了一种灵活性高且造价低廉的控制应用方案，被广泛应用于各
种控制领域。

单片机AT89C51通过温度传感器监测采集的温度数据来控制加热器或致冷器的
启停，从而控制恒温箱的温度在设定范围内，确保恒温箱内的在线监测装置正常运行。

3.4.2温度检测模块
传统模拟信号温度传感器在环境测温时，存在的多点测温切换误差和放大电路零点漂移
误差等问题，以及因监测现场环境恶劣而存在的电磁干扰等问题，对模拟信号温度传感器的
测量结果及测量精度都有极大影响。

为此，油色谱在线监测装置恒温箱控制系统采用了新型
数字温度传感器DS18B20。

该温度传感器抗环境电磁干扰能力强、体积较小、测量精度很高、测温范围较广，监测温度范围为-55～125℃，测量精度为±0.5℃。

温度信号以“一线总线”串行方式传送给微处理器，同时向处理器传送ＣＲＣ校验码，具有极强的抗电磁干扰能力和纠错
校验能力。

测温系统正常工作时，微处理器向数字温度传感器DS18B20发出读／写命令后，
按读／写时序，DS18B20把采集到的箱体内环境温度数据转化为十六位二进制数据，再按位
发送给微处理器。

4结论
总而言之，变压器油色谱在线监测技术是随着智能化电网的发展以及状态检修技术的发
展而发展起来的，它的发展从简单到精确，为变压器的高效稳定运行做出了巨大贡献。

并伴
随着科学技术的不断发展和人们对这一技术的不断研究与改进，未来这有技术必将更好地服
务于变电工作人员，提高其工作效率，同时实现供电公司的高效、经济运行，实现人们更加
便捷、稳定的用电，从而促进人们社会经济的发展。

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