变压器油色谱在线监测系统原理及应用效果

变压器油色谱在线监测系统原理及应用效果

【摘要】变压器故障诊断要综合各种检测手段和方法，在变压器故障和诊断中单靠电气试验方法往往很难发现某些特殊局部部位的故障和发热隐患，色谱分析已成为检测变压器等充油设备故障的重要手段，这种方法能弥补电气试验方法的不足之处。本文论述了变压器故障诊断及色谱分析诊断的原理，阐述了MGA2000—6系统的工作原理和技术特点及应用情况。

【关键词】在线监测变压器绝缘油色谱分析

1引言

在现代电气设备的运行和维护中，变压器是电力系统的主要设备之一，因结构复杂，影响安全运行的因素较多。变压器在线监测系统通过油色谱分析、微水分析、温度的热效应等综合信息来分析判断变压器的绝缘状况，较好地解决了这些问题。

与预防性试验相比，在线监测系统采用更高灵敏度的传感器采集运行中设备的劣化信息，信息量的处理和识别依靠有丰富软件支持的计算机网络，不仅可以把某些预试项目在线化，还可以引进一些新的能更真实反应设备运行状态的特征量，从而实现对设备运行状态的综合诊断，促进电力设备由定期试验向状态检修过渡。

2变压器故障诊断

变压器故障诊断要综合各种检测手段和方法，对检测结果进行综合分析和评判，根据DL/T596—2005《电力设备预防性试验规程》规定的试验项目，各种介质损耗因数的测量作为作为设备状态诊断和检测项目的关键具有重要意义。

目前，电力系统中采用了大量的充油电气设备，采用电气试验的方法对电气设备的绝缘情况进行检测是一个有效的方法。由于有一些设备的早期潜伏或局部故障，如变压器铁心多点接地，变压器内部线圈轻微匝间短路和比较轻微的放电等故障，受试验条件所限，采用电气试验的方法常常检测不出来，但是，如果采用色谱分析方法，对这些设备的绝缘油中溶解的气体进行检测分析，就可以检测出设备故障的所在。

色谱分析已成为检测变压器等充油设备故障的重要手段，这种方法能弥补电气试验方法的不足之处。色谱分析检测技术能在设备不断电的环境中进行，受外界其它电气环境影响很小，可以定期临测设备的运行状态，保证设备安全运行，还可以连续跟踪有疑问和有故障的设备，并且能分析故障的进一步发展情况。实践证明，变压器油中气体的各种成分含量的多少和故障的性质及程度有关。

3色谱分析诊断的基本原理

色谱分析的基本原理是基于任何在一中特定的烃类气体的产生速率随着温度的变化而变动，在特定的温度下，往往有某种气体能够产生气率，会出现最大值。随着温度的升高气体产生气率最大值中最常见的为甲烷，这也证明了在现阶段的色谱分析中，温度与溶解气体之间含有一定的对应关系，而局部过热产生的电晕和电弧现象则是导致变压器出现故障特征气体的主要原因。

首先看特征气体的含量，若氢气、乙炔、总烃有一项大于规程规定的注意值的20%，应先根据特征气体含量做大致判断，主要的对应关系是：①若有乙烯，应怀疑电弧或火花放电；②氢气很大，应怀疑有进水受潮的可能；③总烃中烷烃和烯烃过量而炔烃很小或无，则是过热的特征；计算产生速率，评估故障发展的快慢，通过分析气体组分含量，进行三比值计算，确定故障类别，核对设备的运行历史，并且通过其他试验进行综合判断。

只要正确分析准确掌握溶解于油中的气体分析方法，既能及早找到存在于变压器内部潜伏性故障，又能随时判断出故障的发展状况，有利于采取相关的处理方法，杜绝设备损坏。

4 MGA2000—6 PRO型变压器色谱在线监测系统简介

4.1变压器色谱在线监测系统结构

随着自动化技术、选择性检测器的应用、新型色谱柱的研制，气相色谱分析方法正在朝更高灵敏度、更高选择性、更方便快捷的方向发展。然而，大多应用场合仍需要人工干预，已实现在线色谱检测的领域非常有限，这与气体自动萃取、仪器所使用的恶劣环境影响检测精度等问题有很大的关系。

4.2变压器色谱在线监测系统工作流程

变压器色谱在线监测系统的工作流程图如图2所示，变压器色谱在线监测系统提供两根不锈钢油管与3号主变侧部进出油法兰连接，提供内置微型油泵将变压器绝缘油循环至内部油室，系统在微处理器控制下进行热油冷却、油中溶解气体萃取、流路切换与清洗、柱箱与检测器温度控制、样气的定量与进样、基线的自动调节、数据采集与处理、定量分析与故障诊断等分析流程。变压器油在内置一体式油泵作用下进入油气分离装置，分离出变压器油中的溶解气体，经过油气分离后的变压器油流回变压器油箱，萃取出来的气体在内置微型气泵的作用下进入电磁六通阀的定量管中。定量管中的气体在载气作用下进入色谱柱，然后检测器按气体流出色谱柱的顺序分别将六组分气体（H2、CO、CH4、C2H4、C2H2和C2H6）变换成电压信号。色谱数据采集器将采集到的气体浓度电压量通过通讯总线上传给安装在主控室的数据处理服务器，数据处理服务器根据仪器的标定数据进行定量分析，计算出各组分和总烃的含量以及各自的增长率。油中溶解水分由单独的传感器检测，将数据传至数据处理服务器。最后由故障诊断专家系统对变压器进行故障分析，从而实现变压器故障的在线监测。

4.3色谱在线监测系统的关键技术

随着在线监测技术的发展，当前的色谱在线监测技术已经日趋成熟，长期的运行经验表明，色谱在线监测的关键技术与试验室色谱工作站的侧重点有较大的差异，照搬试验室色谱装置的早期产品是无法满足在线监测需求的。在线监测的基本原则是：能够实时、自动、稳定地对变压器油中溶解气体进行监测，不能对变压器的正常运行造成安全隐患，同时要适应环境的变化。

4.3.1 油气分离快速高效、重复性好

应用于变压器色谱在线监测系统的油气分离装置要求能够自动、快速、长寿命、无污染以及不消耗变压器油条件下高效分离出溶解在变压器油中的微量故障特征气体。试验室使用的震荡脱气装置、真空脱气装置等虽能高效脱气，但要消耗变压器油，而且不能用于在线分离，而高分子渗透膜平衡时间过长，也不能满足在线实时性的需要。因此，油气分离技术就成了变压器色谱在线监测技术研发过程中的难题。4.3.2取油及回油方式安全可靠

变压器发生火花放电故障的主要原因是油中杂质的影响。变压器发生火花放电故障的主要原因是油中杂质的影响。杂质由水分、纤维质（主要是受潮的纤维）及绝缘油析出气体形成的气泡等构成。油在高场强下游离而分解出气体，使气泡增大，游离又增强。而后逐渐发展，使整个油间隙在气体通道中发生火花放电，所以即使油中的溶解气体未超标，但是油中气泡多时也容易引发火花放电故障。