变压器油色谱在线检测装置概述及在方家山核电站的应用

变压器油色谱在线检测装置概述及在方家山核电站的应用汤杰
【摘要】变压器的安全运行是核电站平稳发电的保证。

变压器油色谱在线检测装置是利用油中色谱分析原理（定性，定量分析溶于变压器油中的气体来实现）来检测变压器的潜伏性故障，而对判断充油设备电器内部故障有价值的气体，即氢气，甲烷，乙烷，乙炔，乙烯，一氧化碳，二氧化碳等称为特征气体。

本文对现在市场上主要的在线监测设备原理及运行效果进行了简单的总结。

根据方家山核电调试及运行阶段遇到的问题，对方家山核电所使用在线检测设备给出了运行评价，希望能给相关从业人员一定的参考。

%The safe operation of transformer is the assurance of smooth plant power generation. Transformer oil chromatogram on-line detection device is the use of oil chromatographic analysis principle (qualitative and quantitative analysis of the gases dissolved in transformer oil) to detect transformer latent fault. For judging oil-filled equipment electrical internal fault valuable gas, hydrogen, methane, ethane and acetylene, ethylene and carbon monoxide, carbon dioxide and other gases called characteristics. Now in the market, the author of this paper is mainly the online monitoring principle and effect has carried on the brief summary. According to some problems in Fang jia shan nuclear commissioning and operation stages, I gave my evaluations to Fang jia shan nuclear power plant by using the online testing equipment, hoping it can give certain reference related professionals.
【期刊名称】《仪器仪表用户》
【年(卷),期】2016(023)008
【总页数】3页(P73-75)
【关键词】特征气体;在线监测;运行评价
【作者】汤杰
【作者单位】中核核电运行管理有限公司，浙江海盐 314300
【正文语种】中文
【中图分类】T
变压器油色谱在线检测系统可在线监测运行设备，准确发现变压器内部的缺陷并通过数据反映缺陷的变化情况。

变压器油色谱在线监测装置与现在提出的状态检修理念是一致的，从过去取油化验的离线判断，到现在的在线定量分析，监测效果大大提升。

1.1 在线检测设备发展概述
我国在90年代主要采用的是加拿大GE SYPROTEC公司的H201 Ti气体在线监测装置，它采用燃料电池气体检测原理。

燃料电池属于电化学传感器范畴，其劣势在于不具备气体定量检测所必需的选择性，即对变压器油中的H2（氢气），CO
（一氧化碳），C2H4（乙烯），C2H2（乙炔）4种气体都有响应，只是响应灵
敏度不同而已。

H201 Ti仪器检测数据是H2、CO、C2H2、C2H44种气体浓度
的加权和，其检测结果既不是H2浓度，也不是4种气体浓度的和。

因此，H201 Ti不是4组分定量检测设备，而且对最重要的故障特征气体（C2H2）检测不敏感。

由于H201 Ti不能分别检测变压器油中各种气体组分的含量，所以不具备故障诊
断能力。

江苏田湾核电一期项目1#主变的A、B、C3相上自带了GE-Syprotec公
司的H201在线监测仪，2008年8月26日，1#主变B相发生故障，主变烧毁，导致反应堆停堆的严重事故。

在主变发生故障时，安装在上面的H201在线监测
仪没有任何发应。

由于此设备检测效果不佳，多数电厂目前基本上已停运或已拆除［1］。

现阶段在线监测装置的生产厂家为：宁波理工监测科技股份有限公司（约占45%），其他公司主要是深圳奥特迅、河南中分等。

深圳奥特迅主要在线监测产
品有：KG2000A乙炔在线监测装置，KG2100A复合气体（H2、CO、C2H2、
C2H4）在线监测装置，KG2100B氢气在线监测装置，KG3100A3组分气体（H2、CO、C2H2）在线监测装置。

上述装置主要采用的也是燃料电池气体检测原理［1］。

宁波理工早期主要是氢气在线监测装置，本厂30万机组主变采用的就是
此产品，但因数据准确性不够，此产品已经基本停产，30万机组主变也基本无人
关注此数据了。

现阶段宁波理工主要产品为MGA2000系统，采用了自动油气分离装置和在线式
气相色谱气体检测原理，分别对变压器油中溶解的H2、C2H4、CH4、C2H6、
C2H2、CO 6种气体进行高精度定量检测，并进行故障诊断。

现阶段各气体在线检测装置存在的主要问题：
缺乏统一的标准，对在线监测产品作出专业评估难度加大。

同时，由于变压器的故障率较低，部分生产厂家销售的产品技术不成熟。

这些产品主要存在以下问题：1）数据虚假问题：在线监测系统不能稳定正常运行，有厂家在安装产品前要求用户提供变压器的实验室离线色谱试验数据，并根据用户提供的数据通过计算机软件造假［1］。

2）油样采集问题：在线监测系统的油样采集应采用循环采集，以保证所采集的油样能正确反映变压器中油的真实情况，而有厂家采用单点取油。

由于采用单点取油，不仅不能反映油的实际情况，而且分析后简单地把油直接排在容器中，浪费变压器
油。

3）分析后的油样处理：有部分采用循环采集油样的厂家在回油处理环节存在安全风险。

原因是：油进入脱气装置后进行油气分离，油中会有大量气泡产生。

分析完成后，油样不能简单地通过油泵回注变压器本体，因为回油中气泡会随着变压器内部的油循环而进入高电场区域，气泡的绝缘强度低于变压器油的绝缘强度，所以气泡可能会被电场击穿从而形成局部放电。

基于以上原因，在变压器进行油样回注前，需要进行除气和真空过滤。

1.2 方家山扩建工程气体在线检测系统的应用
方家山主变压器采用宁波理工监测科技股份有限公MGA2000-6H变压器色谱在
线监测系统，
在主变各项上均有检测装置，共有6台就地检测分析装置和1台电脑主机构成。

1.2.1 MGA2000-6H变压器色谱在线监测工作原理
MGA2000-6H变压器色谱在线监测系统工作时，主要按照以下步骤实行：（原理图如图1所示［3］）
1）变压器油进入油样采集单元（采用真空差压方式）。

2）油样循环。

3）油气分离单元分离油中溶解气体至气室（内置的气体采样泵会把分离出来的气体样本输送到六通阀的定量管内）［3］。

4）色谱柱分离气体样本，按照顺序进入气体检测器。

5）数据采集单元完成数据的采集和转换，嵌入式处理单元会对采集到的数据进行存储、分析和计算［3］。

6）数据上传至主机（方家山的主机安装在LX厂房的4楼入口处），由主机上的
在线分析软件进行数据处理和故障分析。

1.2.2 数据诊断
MGA2000-6H变压器色谱在线监测系统供了3种诊断方法，分别为改良三比值法（如图2所示）、立方体图示法以及大卫三角形法［2］。

经过学习判别，认为改良三比值法图示清晰，易于维修人员现场使用，而大卫三角形法以及立方体图示法图像较为抽象，更适于数据分析，这里不做详述。

1.2.3 运行评价
此设备运行至今能较正常地检测各种气体的实时数据（数据采集周期为24小时1次），方家山机组6台主变投运至今各项特征气体数据保持正常，检测装置数据精确度与手工取样进行油色谱分析的结果差异不大，其中有以下2点值得肯定：1）进行数据分析后的油样采用二次脱气技术和过滤处理，消除了回油中夹杂的气泡，避免了因采样造成的局部放电隐患。

2）本系统考虑了温度对气体组分浓度的影响，采用了温度补偿技术［3］，数据可靠性得到了提高。

设备本体投运至今发生的故障见表1，本人认为故障率在较低范围内，属于可接受水平（载气欠压严格意义上不算缺陷，是属于气体正常消耗的范畴）。

综上所述，利用油色谱在线检测装置分析变压器油中的气体组分及其含量，可以让维修人员及时了解变压器的运行状态，提前判断变压器内部是否存在潜伏性故障。

油色谱在线监测装置可以把运行中的变压器（即不停电、不吊芯的情况下）内有无故障、有何种故障快速诊断出来，避免了设备停役检查造成电厂的经济损失，从而更好地保证电厂安全经济地运行。

【相关文献】
［1］关于变压器油中溶解气体在线监测装置的选型报告［Z］.中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.变压器油中溶解
［2］气体分析和判断导则GB/T7252-2001［S］.北京：中国标准出版社，2004. ［3］MGA2000-6H变压器色谱在线监测系统使用手册［Z］.。