变压器油中8种气体在线监测
变压器中溶解气体在线监测系统说明书
正确认识变压器状况对于所有的电网工业是极必需的，变压器的在线状态监测也日益重要。
这一信息可以使资产利用达到最大化并且避免因故障而付出昂贵的代价。
变压器绝缘油中溶解气体分析（DGA）及微水测量技术被认为是变压器状况监测的最为重要的手段。
GE旗下KELMAN公司新一代的在线DGA设备，提供了监测变压器状态的必要信息。
在广泛领域内的使用证明了新一代监测仪作为一种有效的手段，为资产管理提供了可靠的信息。
TRANSFIX主要特性z监测单台变压器油箱。
z DGA及微水：8种故障气体加上微水及氮气。
DUALTRANS同时监测两个独立变压器组油箱z DUALTRANS是由凯尔曼公司为两个单相变压器组设计的油中溶解气体及微水在线监测新产品，此系统提供两个独立的绝缘油输入通道，允许对于每台变压器提供完整的油中溶解气体及微水在线监测。
z DUALTRANS测量8种故障气体以及微水。
最先进的光声光谱技术提供了准确以及可靠的测量结果，也使两个变压器箱体内的绝缘油混合可以忽略不计。
z DUALTRANS能够由用户自行设定测量间隔，每隔一小时进行测试，同时测量间隔也能按照报警状态自行调整。
z DUALTRANS可以按照用户需求自动或手动在两台变压器间进行切换。
主要技术特性z一台设备可同时监测两个主油箱。
z8种故障气体及微水分析。
MULTITRANS同时监测三个独立变压器组油箱TRANSPORT X便携式油中溶解气体及微水分析仪在线监测仪型号及监测范围在线监测仪型号 MINITRANS TRANSFIX DUALTRANS MULTITRANS TAPTRANS TRANSPORT X 可监测变压器独立油箱数 1 1 2 3 3 气体测量 测量范围（ppm）氢气（H2） 5—5000 + + + + + +甲烷（CH4） 2—50000 + + + + +乙烷（C2H6） 2—50000 + + + + + +乙烯（C2H4） 2—50000 + + + + +乙炔（C2H2） 0.5—50000 + + + + +一氧化碳（CO） 2—50000 + + + + + +二氧化碳（CO2） 20—50000 + + + + +氧气（O2） 100—50000 + + + +总可燃气体（TDCG）20—50000 +微水 0—100%RS（以ppm形式显示）+ + + + + +氮气（N2） 10—150000 ppm，精确度±15% （自由通气式变压器）+ + +精确度 ±5%最低分辨率下限（取大者）环境参数外部工作温度范围 -40至55℃油样温度范围 -40至120℃工作湿度 10-95%无凝露外壳防护等级 IP 55单相报警继电器 提供常开及常闭触点，5A 250VAC，5A30VDC 多种测量频率 每小时一次至每天一次。
变压器油中溶解气体在线监测说明书
2）检测方式：手动召唤数据和定时自动轮询功能。 3）自检功能：在远程监控中心，本公司能及时的了解设备的运行状态，达到了更
好地为变压器用户，尤其是非电力系统用户服务的目的。 4）设备报警管理：接收运行报警信号，提供报警功能，具有报警条件，产气速率
变压器油色谱分析装置MT6000说明
◆监测对象监测变压器类设备油中溶解气体：氢气(H2)，一氧化碳(CO)，甲烷(CH4) ，乙烷(C2H6)，乙烯(C2H4)，乙炔(C2H2) 、微水（H2O，可选）、二氧化碳（CO2，可选）及总烃、总可燃气体。
◆监测原理MT6000变压器油中溶解气体色谱在线监测仪主要包含以下几个关键技术环节：油中取气环节，混合气体分离环节，气体组分的定量分析环节和故障专家诊断环节。
监测仪的心Array脏是一台特制的气相色谱仪，用于测量多种故障特征气体：氢气(H2)，一氧化碳(CO)，甲烷(CH4) ，乙烷(C2H6)，乙烯(C2H4)，乙炔(C2H2) 、微水（H2O，可选）、二氧化碳（CO2，可选）及总烃、总可燃气体含量。
在线变压器油色谱监测仪可以用于带油枕变压器、充氮变压器或高压电抗器。
变压器油在变压器与监测设备之间通过直径6mm的不锈钢管道连接，采用世界最先进的紧固技术将油泄露的危险降至最小。
监测仪配备一个内部的油气分离装置，可以将溶解气体从循环的变压器油中析出来,而后使用高纯度氮气（99.999%）将样气推入色谱柱，把混合的样气依次分离，送色谱仪进行检测。
每做一次气相色谱分析后，监测仪采集一次数据。
一次完整的色谱分析大约需要40分钟。
一旦完成采样和信号处理工作，你可以使用OES-MES软件进行数据的浏览、追踪、分析及故障判断。
变压器油色谱在线监测仪带有环境温度，油中水分和油温测量以及几个用于其它外部装置的4-20mA输入作为可选项。
外部的传感器信息可以与故障气体信息进行关联分析，这样可以对变压器的运行状态进行全面的诊断。
◆主要功能1.定期监测氢气、一氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、水（可选）、二氧化碳（可选）及总烃、总可燃气体含量，并实时分析、诊断变压器的工作状态及故障类型2.系统具备自校准系统，采用标准样气，定期进行校准，保证监测的准确性和可追溯性3.可配合TMB监测高压套管的绝缘状况，TMI/TMC监测变压器铁芯/夹件的泄漏电流状况及MH2O监测油中微水含量4.完善的三比值法和电协研法、大卫三角形法对变压器运行状况进行综合判断5.远程变压器油状态协助分析机制◆主要特点1.自动定期标定技术（可选功能），可追溯标气自动定标，保证设备检测精度的一致性和可靠性2.引入先进稳定的军用传感器，C2H2的最小分辨率为0.1μL/L，为变压器油色谱分析工作提供了有力保障3.中部取油、下部回油，油路密封采用世界顶级美国SWAGELOK ®配件，关键部件均采用原装进口具有多年现场运行经验的产品，保证了整个系统的健壮性，杜绝了部分同类产品在相应关键环节的寿命问题4.吸取国外领先技术自主研发，所有部件均采用原装进口具有多年现场运行经验的产品，保证了整个系统的健壮性，保证产品长期可靠运行，极高的性价比。
变压器油中溶解气体的检测
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6.1.3 油中气体分析与故障诊断
1. 是否存在故障的判断
（1）阀值判断法 将油中溶解各气体的浓度与正常极限注 意值作比较，可以判断变压器有无故障。
表6-3 变压器油中溶解气体的注意值（220kV及以下）μL/L
气体组分
H2 C2H2 C1+C2
含量 330kV及以上 150 1 150 220kV及以下 150 5 150
。
可见，固定相对气体组分的分离起着决定性的作用，不 同性质的固定相适应不同的分离对象，应根据分离对象来选 择固定相的材料。常用的固定相材料有活性炭、硅胶、分子 筛、高聚物，主要性质如表6-2所示。
表6-2 油中气体分析用色谱柱的部分固定相材料
柱 长 1m 1m 2m 1m 4m 载 气 N2 Ar H2 N2 N2
C2H4，而放电性故障主要 的特征气体是C2H2和H2， 为此可以采用CH4/H2来区 分是放电故障还是过热故 障。
6-4 CH4/H2与故障类 型关系
国际电工委员会和我国国家标准推荐CH4/H2、 C2H4/C2H6、C2H2/C2H4三个比值来判断故障的性质。 C2H2/C2H4编码决定故障的类型:“0”代表过热故障， “1”代表高能放电故障，“2”代表低能放电故障。
表6-8 改良三比值法的编码规则
特征气体的比值 <0.1 0.1~<1 1~<3 ≥3 0 1 1 2
比值范围编码
C2H2/C2H4
CH4/H2
1 0 2 2
C2H4/C2H6
0 0 1 2
（3）其他故障诊断法 除了特征故障气体法和三比值法，还有立体图示 法、大卫三角法、四比值法等其他一些传统的故障 诊断法。近年来，数学工具开始广泛应用于故障诊 断，并建立了一些以人工智能为基础的故障诊断专 家系统。 实际应用中，由于变压器故障表现形式以及故 障起因均比较复杂，所以在进行故障诊断时，常常 综合利用多种方法以求得到尽可能准确的诊断结果。
TM8概述
◆概述TMx系列变压器油中气体色谱在线监测仪是华电云通原装进口美国Serveron公司的产品。
在你的系统中，有一些变压器对于电网可靠性是至关重要的－GSU变压器，大型输电变压器，枢纽站变压器。
TM8可以帮助你进行最全面的变压器DGA诊断。
TM8可以提供精确的、可重复的8种关键故障气体H2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2、O2 。
可以对8种故障气体，油中水分，油温，环境温度，变压器负载作相关分析。
TM8数据支持所有IEEE和IEC中的变压器故障诊断工具，能达到快速报警和对故障的演示进行分析，在诊断工具上使用在线DGA数据给出了新的视角。
如上图所示：变压器油在油箱内部进行循环流动。
TMx监测系统在变压器油箱中部通过油泵（Pump）抽取流动的油样，注入气体分离器（Gas Extractor），在分离器里，通过毛细管束，实现油中气体和真空空间的动态平衡，并在油压下，油样一直处于流动状态。
气体被气路部分的微泵（Pump）抽入注入池（Injector Port），通过和载气混合，并在载气的压力下，推入色谱柱（Chromatography Column）。
从色谱柱分离出来的各种气体进入热导池（Thermal Conductor Detector）进行定量监测，监测结果通过微控制器（Microcontroller）进行就地数字转换，并进行外部通讯上传。
◆主要功能1.通过对油中气体色谱分析、变压器负载以及环境度的定时测量可以实现产气与外部事件的关联2.改善管理形式－实现高可靠性、低成本3.避免非计划的停电：对所有关键故障气体的连续测量可以给出变压器故障的早期预报，避免发生变压器事故4.通过实行状态检修降低维修成本：只有全面的在线监测才能提供足够的信息，使持续的变压器状态评估成为可能5.延缓固定资产的投资：对关键气体和关键参数的全面分析促进智能化的管理，可以延长变压器的使用寿命◆主要特点1.系统具备自校准系统：任何一个在线监测装置，必须考虑校准才能保证系统的准确可靠。
新突破丨如何利用激光光声光谱技术实现变压器油气在线监测？
充油式电力变压器在运行过程中内部发生热故障、放电性故障或者油、纸老化时，绝缘油将裂解产生氢气（H2 ）、甲烷（CH4 ）、乙烷（C2H6 ）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2 ）、一氧化碳（CO ）、二氧化碳（CO2 ）等故障气体，故障气体的含量与故障类型和严重程度密切相关。
通过对变压器绝缘油中微弱故障气体含量在线监测，分析溶解于变压器油中气体，可及早发现变压器内部早期潜伏性故障，掌握故障发展态势。
当前，变压器油气在线监测已提出多种方法，如油色谱技术、红外宽谱光源光声光谱气体检测技术。
长期使用中，这些方法存在结构复杂、消耗载气、色谱柱受油污后精度下降以及测量气体之间交叉干扰等弊端。
武汉豪迈光电科技有限公司从多个角度对油气监测技术缺陷进行改善，开创性地将半导体激光器技术与光声光谱技术相结合，推出PASL-3000 激光光声光谱变压器油中气体在线监测系统，进一步提高了主变初期缺陷发现率，降低了故障发生率和运维成本。
光声光谱气体检测技术原理：光声光谱技术是基于光声效应的一种光谱检测技术，光声效应是由气体分子吸收特定波长的电磁辐射（如红外光）所产生。
气体吸收辐射后导致温度上升，此时如将气体置于密闭容器，温升相应导致气体压力增高。
如采用脉冲光照射密闭气体，利用灵敏的微音器即可探测到与脉冲光频率相同的压力波动。
将光声效应用于实际检测首先需要确定每种气体特定的分子吸收光谱，从而可对红外光源进行波长调制使其能够激发某一特定气体分子，其次要确定气体吸收能量后受激产生的压力波强度与气体浓度间的比例关系。
因此，通过选取待检测气体的红外吸收波长的光信号激发气体并检测压力波的强度，可验证某种气体是否存在并确定其浓度，甚至对某些混合物或化合物也可做出定性、定量分析。
△激光光声光谱油气检测系统流程示意图激光光声光谱油气检测技术优势传统红外宽谱光源在使用中需要采用滤光盘过滤成几十纳米到几百纳米的单色光，调制盘（斩光器）将连续光信号调成脉冲信号，该过程存在以下问题：△宽谱光源滤光片结构示意图1）采用宽谱光源进行测试时，不同组分气体间由于频率接近，容易产生干扰。
变压器油中溶解气体在线监测
变压器油中溶解气体在线幽测方法研究摘要 3 L 空宣 (4)1 国内外发展现状及发展趋势 (6)1 变压器油中溶解气体在线监测方法的基本原理 (9)3.1.变压器常见故障类型 (9)3.2. 变压器内部故障类型与油中溶解特征气体含量的关系 (10)1 基于油中特征气体组分的故障诊断方法 (14)4.1.特征气体法 (14)4.2.三比值法 (15)4.3. 与三比值法配合使用的其它方法 (17)摘要电力变压器是电力系统中最主要的设备，同时也是电力系统中发生事故最多的设备之一，对其运行状况实时监测，保证其安全可事运行，具有十分重要的意义。
变压器油中溶解气体的组分和含量在一定程度上反映出变压器绝缘老化或故障的程度，可以作为反映设备异常的特征量。
如何以变压器油中溶解气体在线监测为手段，实现对运行变压器潜伏性故障的诊断和预测，是本文的出发点。
本文的目标是研究基于油中溶解气体分析（DGA）的电力变压器状态监测与故障分析方法，通过气体色谱分析方法实现对变压器油中溶解的七种特征气体（氢气出、甲烷CH4S乙烘C2H2、乙烯C2H4、乙烷C2H6S一氧化碳CO、二氧化碳CO?）组分含量在线实时监测，从而达到对电力变压器工作状态的诊断分析。
1.导言现代社会对能源的巨大需求促进了电力工业的飞速发展。
一方面是单台电力的容量越来越大；另一方面是电力网向着超高压的方向发展，并正组织成庞大的区域性其至跨区域的大电网。
然而，随着电力设备容量的增大和电力网规模的扩大，电力设备故障给人们的生产和现代生活所带来的影响也就越来越大。
这就要求供电部门在不断提高供电质量的同时，要切实采取措施来保证电力设备的正常运行，以此来提高供电的可靠性。
长期以来形成的定期检修已不能满足供电企业生产LI标。
激烈的市场竞争迫使电力企业面临着多种棘手的问题，例如如何提高设备运行可靠性、如何有效控制检修成本、合理延长设备使用寿命等。
因此，状态检修已成为必然。
而状态检修的实现，必须建立在对主要电气设备有效地进行在线监测的基础上，通过实时监测高圧设备的实际运行情况，提高电气设备的诊断水平，做到有针对性的检修维护，才能达到早期预报故障、避免恶性事故发生的LI的。
变压器油中溶解气体在线监测 检定规程-概述说明以及解释
变压器油中溶解气体在线监测检定规程-概述说明以及解释1.引言1.1 概述变压器油作为变压器的重要介质之一，承担着冷却、绝缘和灭弧等关键功能。
然而，随着使用时间的增长，变压器油中往往会溶解一些气体，这些溶解气体的存在对变压器的正常运行产生了极大的影响。
因此，对变压器油中溶解气体的在线监测变得至关重要。
溶解在变压器油中的气体来源主要可以分为两类：一类是由于变压器内部的故障或异常工况引起的气体生成，例如绝缘材料老化、开关设备故障、电弧放电等；另一类是由于环境因素引起的外源性气体进入，例如大气中的氧气、空气湿度等。
这些溶解气体的存在对变压器的运行状态和性能造成了一系列负面影响。
首先，气体会导致变压器油的绝缘性能下降，增加了绝缘介质击穿的风险；其次，气体会降低油的冷却效果，影响变压器的散热能力；最后，气体还可能导致油的氧化和硫化，引发油的老化和腐蚀变质。
因此，为了确保变压器的正常运行和延长其使用寿命，对变压器油中溶解气体的在线监测具有重要的意义。
通过实时监测变压器油中的气体含量和种类，可以及时判定变压器是否存在故障或异常情况，采取相应的维护和修复措施。
此外，对溶解气体进行定期监测还有助于掌握变压器的运行状态，提前预防潜在的问题，减少变压器的停用和维修时间，进一步提高电力系统的可靠性和稳定性。
综上所述，变压器油中溶解气体的在线监测在电力行业中具有重要的意义。
通过对溶解气体的监测和分析，可以有效提高变压器的安全性和可靠性，保障电力系统的稳定供电。
因此，制定并遵守合适的变压器油中溶解气体在线监测检定规程，对保障电力系统的正常运行和设备的长期稳定工作具有重要的意义。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以如下所示：文章结构本文主要包括以下几个部分：1. 引言：在这一部分，首先对变压器油中溶解气体在线监测的背景和重要性进行简要介绍，然后概述本文的目的和结构。
2. 正文：本部分将详细介绍变压器油中溶解气体的重要性和变压器油中溶解气体在线监测的意义。
变压器油中溶解气体在线监测与诊断技术的分析
变压器油中溶解气体在线监测与诊断技术的分析变压器是电力系统的核心设备，对整个电网的安全运行有着至关重要的作用。
为提高电力系统变壓器的安全性与稳定性，对变压器油中溶解气体在线监测与诊断技术的现状及发展趋势进行分析研究，以期对电力系统的降耗增效有所帮助。
标签：油溶气体变压器监测电网维护随着电网建设的日益细化，电力变压器的运维显得愈发重要。
目前，电力系统中最为常见的对变压器的在线监测手段是油中溶解气体分析，这一方法作为变压器运营维护、故障诊断的重要工具，既能够显示出电气装置实际运行的状态，也可以诊断出电力设备出现故障的原因。
1.变压器油溶解气体在线监测的原理在电力系统的发展历程中，油溶气体分析（Dissolved Gas Analysis）是较为常见变压器监测和诊断工具，其基本原理说明如下：1.1变压器油产生溶解气体的过程变压器油具有传热性好、耐电性能强等特质，并且其绝缘性、散热性也较为适宜，因而当前架设的电网系统中，变压器的基本构造多为油浸式，其正常运转也依赖于变压器油。
在设备运行过程中，变压器油中含有大量的具有多种类碳氢化合物的矿物油，此类油质的分子化合物中，含有多种碳氢基团。
若出现温度剧升高或者异常放电，变压器油中的碳氢基团稳定性就会发生变化，从而致使C-H 化学键断裂，形成大量的游离氢原子。
游离的氢原子与油内自由基发生反应，产生烷类、烃类特殊气体以及部分碳氢聚合物。
1.2变压器油中溶解气体在线监测基于1.1所述的反应过程，电网技术人员在进行变压器架设时，应以出厂初测的方式，测量投运状态中的变压油中溶解的气体总量，以此为正常状态的锚点，设置相应的检测装置进行记录和判定。
当变压器油溶解气体超出了设定的指标以后，变压器的稳定运行将会受到影响，因而需对变压器油进行实时在线监测，防患于未然。
当前在线监测溶解气体的装置主要有半导体类、催化燃烧类、场效应管类等三类，可以检出油溶气体中的氢气、氧气、氮气、一氧化碳与二氧化碳等常见组分，也可以检出甲烷乙烷、乙烯乙炔等烷烯炔类物质，从而标示出变压器的放电、高热等异常现象。
变压器在线监测装置
变压器在线监测装置我厂2×1000MW机组2组主变（2x3台单相变）及2台三相一体式起备变变压器配置美国Serveron公司生产的变压器在线监测装置的描述。
在该系统装置中，对变压器油中故障气体（TM8）、微水（TMM）、高压套管（TMB）进行在线监测及后台控制，并通过接口与DCS 连接。
1、TM8/TMM变压器在线监测装置工作原理TM8/TMM变压器在线监测装置是通过油中溶解气体分析（Dissolved Gases Analysis,简称DGA）来对油浸电力设备进行监测。
因能够及时发现变压器内部存在的早期故障，在以往的运行维护中消除了不少事故隐患。
其工作原理是：TM8/TMM通过一台泵来实现变压器油以大约250ml/m的流量在变压器和在线监测仪的萃取系统间循环。
萃取过程不消耗变压器油。
油气分离装置气体侧有一个气密的空间，与油侧的油中气体达到自然平衡。
经过一个典型的4小时采样间隔，大约有60升油穿过了萃取系统，萃取系统中显示的气压反映了变压器中溶解气体的全部气压。
在获得气样后用载气通过色谱柱后，通过TCD获得气体的具体含量。
在色谱柱热区，通过加热的方式使其温度一直保持在73 C。
这样能够使测量准确稳定。
TM8/TMM带有自校验系统，能够自动或人为进行校验。
TM8/TMM共测量8种故障气体及微水，包括氢气，甲烷，乙炔，乙烯，乙烷，一氧化碳，二氧化碳和氧气。
TM8也能对氮气及总烃报数，是唯一全面符合中国标准的DGA。
2、TMB容性设备绝缘在线监测系统工作原理TMB容性设备绝缘在线监测系统，对电流互感器（CT）、套管（Bushing）、耦合电容器（OY）以及电压互感器（PY）、CVT等进行在线监测，能够发现套管存在的绝缘问题。
本系统利用高灵敏度电流传感器，不失真的采集电力设备末屏对地的电流信号，同时从相应的PT取得电压信号，通过对数字信号的运算和处理，得出介质损耗和电容量等信息。
最终利用专家系统，全方位的分析、判定、预测电气设备绝缘系统的运行状况。
浅析变压器油中溶解气体在线监测及故障诊断
浅析变压器油中溶解气体在线监测及故障诊断摘要：本文主要介绍了变压器油中溶解气体在线监测技术，总结国内外主要的研究成果，最后提出故障诊断方法。
关键词：变压器油；油气分离；在线监测；油中溶解气体；诊断Abstract: this paper mainly introduces the gases dissolved in transformer oil on-line monitoring technology, this paper summarizes the main research results at home and abroad, and finally proposes some fault diagnosis method.Keywords: transformer oil; Oil and gas separation; Online monitoring; The dissolved gas; diagnosis1变压器油中溶解气体在线监测1.1油气分离技术油气分离技术是绝缘油中溶解气体色谱在线监测系统的核心，也是难点之一，怎样快速高效的分离油气且能够自动、长寿命、无污染以及不消耗绝缘油溶解在变压器油中的微量故障特征气体，是变压器油溶解气体色谱在线监测技术发展的趋势。
(1)膜油气分离装置。
在学者们对渗透膜进行了大量研究，用高分子材料分离膜渗透出油中气体，并制作成相应的在线监测系统对变压器油进行分析后，又相继研制成功了聚酰亚胺、聚六氟乙烯和聚四氟乙烯等各种高分子聚合物分离膜，以及相应的监测装置。
由于聚酰亚胺等透气性能和耐老化能力差，而聚四氟乙烯的透气性能好，又有良好的机械性能和耐油等诸多优点，因此国内外早期产品选用聚四氟乙烯作为油中溶解气体监测仪上的分离膜。
(2)波纹管顶空式分离技术。
利用波纹管的不断往复运动，将变压器油中的气体快速的脱出，具有效率高、莺复性好的优点。
并且采用循环取油方式，油样具有代表性。
CBS2000系统简易说明书
系统数据处理软件实现日常自动检测，数据自动上传和故障自动诊断。
数据传输可选用 RS485 传输或 GSM 通讯传输，实时性强，方便安装。 系统网络数据通讯支持 TCP/IP 协议，可实现远程检测诊断和数据远程浏览访问。 提供中文后台软件，用户可以方便的以表格和曲线的方式在后台浏览历史数据。
5. WEB 实例
5. 部分国内业绩
湖北荆门 500KV 变电站 辽宁徐家 500KV 变电站 江苏三堡 500KV 变电站 河南双湖 110KV 变电站 河南端湾 110KV 变电站 浙江绍兴 110KV 变电站 宁夏平西 220KV 变电站 内蒙古顺达 220KV 变电站 成都地铁 1 号线火车南 110KV 站 成都地铁 1 号线皂角 110KV 站 江苏徐州北 220KV 变电站
时，装置能够可靠地进行报警输出，提醒用户及时进行检修。
z 主要特点
对溶解气体H2和CO的含量能够独立进行分析，不通过比例计算获得，数据真实有效。 气体传感器冗余设计，4只传感器测量2种气体，装置运行更可靠。
安装简单，无需抽取变压器油，不需要停运变压器。
无需色谱柱和载气等耗材，真正的免维护系统。
z 测量范围和精度
故障气体
H2
检测精度（单位 μL/L） 1
CO
C2H4
CH4
C2H6
C2H2
3
0.5
1
1
0.4
检测范围
1-5000 3-5000 0.5-2000 1-2000 1-2000 0.4-2000
采集前端与
保
变压器连接
护
柜
变压器 （或电抗器）
已固定在保护 柜上用于安装 的的槽钢
油槽水泥围
变压器油中溶解气体在线监测关键技术
变压器油中溶解气体在线监测关键技术在进行油浸电力变压器故障诊断的过程中比较常用的一种方法就是油中溶解气体在线监测。
相比于其它的诊断方法来说，油中溶解气体在线监测的准确度比较高，在监测的过程中对监测条件的要求比较低。
正是因为如此，在变压器故障诊断过程中人们比较喜欢采用这种方法。
油中溶解气体在线监测技术是在离线色谱检测技术的基础上发展起来的，有效弥补了离线色谱检测技术的缺点和不足。
经过几十年的发展，油中溶解气体在线监测技术已经比较成熟，并融合了一些其他先进的技术，从而使得油中溶解气体在线监测技术的准确性和效率越来越高。
本文将从介绍在线监测的一般方法入手，分析在线监测技术的研究与应用现状，介绍现有的油中溶解气体在线监测技术。
1在线监测的一般方法油中溶解气体在线监测的一般方法如下所述。
首先，要对变压器本体油进行油气分离处理。
第一，应将变压器本体油送入到专门的脱气装置中，通常来说将变压器本体油送入到脱气装置中的方法有两种，一种是通过循环管，另一种则是通过传感器；第二，在变压器本体油进入到脱气装置中以后会根据相应的要求进行油气分离处理，将气体分离出来。
其次，要进行气体成分和浓度检测。
需要用检测器对分离出来的气体进行检测，完成检测以后，检测器会将气体含量转变成与之相对应的电信号，这些关于气体检测结果的电信号会被转换成具体的数据信息并被储存在计算机中，便于以后使用。
虽然，油中溶解气体在线监测技术和离线色谱检测技术的基本原理是一样的，都是通过对变压器油中溶解气体的检测来判断变压器运行状态。
但油中溶解气体在线监测技术可以在变压器运行的现场完成检测工作，这样不仅可以实现对变压器运行状态进行实时监测的目的，同时还可以提高变压器故障诊断的可靠性。
此外，相比于其它的故障诊断技术来说，油中溶解气体在线监测技术的经济成本比较低，具有推广使用的可能性。
2在线监测技术的研究与应用现状通过上述的介绍不难发现，在油中溶解气体在线监测技术应用的过程中比较重要的两个环节为油气分离和气体检测。
变压器油中的溶解气体色谱在线监测系统分析
变压器油中的溶解气体色谱在线监测系统分析摘要变压器油中溶解气体色谱在线监测系统是变压器故障监测工作中应用的先进系统，主要利用溶解气体色谱检测原理，具有检测效率高、精度优良的特点，适合应用于现代变压器设备监测和保护。
本文以变压器油溶解气体色谱在线监测系统为分析对象，主要分析系统常规组成及工作原理，并对关键技术和具体应用进行全面分析，旨在推广色谱在线监测系统应用优势。
关键词；变压器油；溶解气体；色谱在线监测系统变压器油是变压器运行过程中重要材料或组件、起到变压器绝缘保护的作用。
同时，长时间变压器研究发现，变压器油与变压器联系紧密，变压器工作运行状态变化，将会对变压器油有所影响。
尤其是在故障或者发热情况，会使变压器油产生H2、CH4等气体。
因此，反向推理得出检测气体成分，就能够分析变压器工作状态的原理。
相关专家利用此原理提出气体色谱检测技术，经长时间的实践研究和应用，该检测技术具有超高精度的检测效率，符合变压器故障检测对精度的要求。
而近些年，为了实现变压器运行在线实时监测，专家又开始设计应用气体色谱在线监测系统，从而提升监测工作效率，确保监测良好完成。
1.变压器油的溶解气体色谱在线监测系统研究1.1变压器油溶解气体色谱在线监测系统基本研究监测系统主要是对变压器油及其气体情况进行在线实时监测，根据其工作需求，一般将变压器油溶解气体色谱在线监测系统分为主控室和变压器现场两部分，分别完成监测控制、完成现场运行。
第一，变压器现场运行操作系统主要包括变压器绝缘油、油气分离单元、气室、混合气体分离单元、气敏检测单元、数据采集处理单元。
该模块主要完成气体采集和基本处理工作，为后续的数据分析打好基础，有利于在线监测工作。
第二，主控模块建立单一主控计算机。
利用计算机硬件和硬件构建系统应用平台，计算机负责发送指令，控制变压器现场操作系统，完成数据采集以及相关分析工作。
系统在线监测实施过程中，除了构建基本结构，实现功能最主要的条件是依靠先进技术。
特高压变压器油中溶解气体在线监测技术概述
文章编号:１００４－２８９Ｘ(２０２２)０４－０００１－０５基金项目:大型电力变压器局部放电检测手段的提升(Ｂ７２３７１２２０００１)特高压变压器油中溶解气体在线监测技术概述赵振喜１ꎬ陈诚２ꎬ王敬一２ꎬ王朝辉３ꎬ郭玉福３ꎬ崔文东３(１.国网吉林省电力有限公司ꎬ吉林㊀长春㊀１３００２８ꎻ２.国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司ꎬ湖北㊀武汉㊀４３００００ꎻ３.国网吉林省电力有限公司建设分公司ꎬ吉林㊀长春㊀１３００１２)摘㊀要:本文首先概述了变压器油中溶解气体检测的技术原理和在线监测装置的必要性ꎬ而后梳理了应用于国网特高压的几种主流的油气分离㊁气体组分分离以及气体检测技术ꎮ油气分离技术主要有真空脱气法㊁动态顶空脱气法以及膜分离法ꎬ组分分离技术主要采用毛细管色谱柱和填充柱ꎬ气体检测技术主要采用半导体气敏传感器㊁热导检测器以及光声光谱检测器ꎮ最后具体对比分析了这些技术的优缺点ꎬ为变压器油中溶解气体在线监测装置的选型选配提供一定的参考ꎬ同时为油中溶解气体在线监测技术的研究方向提供一定的思路ꎮ关键词:油中溶解气体ꎻ在线监测ꎻ油气分离技术ꎻ气体组分分离技术ꎻ气体检测技术中图分类号:ＴＭ９３㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:ＢＯｖｅｒｖｉｅｗｏｆｏｎ￣ｌｉｎｅＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒＤｉｓｓｏｌｖｅｄＧａｓｉｎＵＨＶＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒＯｉｌＺＨＡＯＺｈｅｎ￣ｘｉ１ꎬＣＨＥＮＣｈｅｎｇ２ꎬＷＡＮＧＪｉｎｇ￣ｙｉ２ꎬＷＡＮＧＺｈａｏ￣ｈｕｉ３ꎬＧＵＯＹｕ￣ｆｕ３ꎬＣＵＩＷｅｎ￣ｄｏｎｇ３(１.ＳｔａｔｅＧｒｉｄＪｉｌｉｎＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＣｏｍｐａｎｙＬｉｍｉｔｅｄꎬＣｈａｎｇｃｈｕｎ１３００２８ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＷｕｈａｎＮａｎｒｕｉＬｉｍｉｔｅｄＬｉａｂｉｌｉｔｙＣｏｍｐａｎｙｏｆＳｔａｔｅＧｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅꎬＷｕｈａｎ４３００００ꎬＣｈｉｎａꎻ３.ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＢｒａｎｃｈＣｏｍｐａｎｙｏｆＳｔａｔｅＧｒｉｄＪｉｌｉｎＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙＣｏｍｐａｎｙＬｉｍｉｔｅｄꎬＣｈａｎｇｃｈｕｎ１３００１２ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｆｉｒｓｔｓｕｍｍａｒｉｚｅｓｔｈｅｔｈｅｏｒｙｏｆｄｉｓｓｏｌｖｅｄｇａｓｄｅｔｅｃｔｉｏｎｉｎｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｏｉｌａｎｄｔｈｅｎｅｃｅｓｓｉｔｙｏｆｏｎ￣ｌｉｎｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｄｅｖｉｃｅꎬａｎｄｔｈｅｎｓｏｒｔｓｏｕｔｓｅｖｅｒａｌｍａｉｎｓｔｒｅａｍｏｉｌａｎｄｇａｓｓｅｐａｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬｇａｓｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｅｐａｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｇａｓｄｅｔｅｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｐｐｌｉｅｄｉｎＵＨＶｏｆｔｈｅｓｔａｔｅｇｒｉｄ.Ｏｉｌａｎｄｇａｓｓｅｐａｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌ￣ｏｇｙｍａｉｎｌｙｉｎｃｌｕｄｅｖａｃｕｕｍｄｅｇａｓｓｉｎｇꎬｄｙｎａｍｉｃｈｅａｄｓｐａｃｅｄｅｇａｓｓｉｎｇａｎｄｍｅｍｂｒａｎｅｓｅｐａｒａｔｉｏｎ.Ｔｈｅｓｅｐａｒａｔｉｏｎｔｅｃｈ￣ｎｏｌｏｇｙｍａｉｎｌｙｕｓｅｓｃａｐｉｌｌａｒｙｃｏｌｕｍｎａｎｄｐａｃｋｅｄｃｏｌｕｍｎ.Ｇａｓｄｅｔｅｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｍａｉｎｌｙｕｓｅｓｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｇａｓｓｅｎｓｏｒꎬｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｄｅｔｅｃｔｏｒａｎｄｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃｄｅｔｅｃｔｏｒ.Ｆｉｎａｌｌｙꎬｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｔｈｅｓｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓａｒｅｃｏｍｐａｒｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｉｎｄｅｔａｉｌꎬｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｓｓｏｍｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｆｏｒｔｈｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｏｎ￣ｌｉｎｅｍｏｎｉ￣ｔｏｒｉｎｇｄｅｖｉｃｅｏｆｄｉｓｓｏｌｖｅｄｇａｓｉｎｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｏｉｌａｎｄｓｏｍｅｉｄｅａｓｆｏｒｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｏｎ￣ｌｉｎｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｔｅｃｈ￣ｎｏｌｏｇｙｏｆｄｉｓｓｏｌｖｅｄｇａｓｉｎｏｉｌ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｄｉｓｓｏｌｖｅｄｇａｓｉｎｏｉｌꎻｏｎｌｉｎｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇꎻｏｉｌａｎｄｇａｓｓｅｐａｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎻｇａｓｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｅｐａｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎻｇａｓｄｅｔｅｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ１㊀引言变压器作为电网系统中最核心的设备ꎬ其运行性能直接影响了给供电可靠性与电能质量ꎮ变压器在运行中ꎬ尤其是在特高压领域ꎬ常面临交直流及其复合电场谐波含量高㊁工作负荷高等情况ꎬ对设备性能以及安全运行要求严格ꎮ随着大量特高压交直流工程的建成投运ꎬ在运的变压器数量急剧增加ꎬ设备的运维压力日益凸显[１]ꎮ近几年来ꎬ国网公司出现多起变压器运行事故ꎬ例如ꎬ２０１８年ʃ８００ｋＶ天山换流站的极Ｉ高端Ｙ/Ｄ－Ｂ相换流变和ʃ８００ｋＶ宜宾换流站的极Ⅱ低端Ｙ/Ｙ－Ａ相换流变均因运行故障造成设备烧损ꎻ２０１９年ʃ１１００ｋＶ昌吉换流站的极Ｉ高端Ｙ/Ｄ－Ｃ相换流变和ʃ８００ｋＶ沂南换流站极ＩＩ低端Ｙ/Ｙ－Ｃ相换流变压器因着火造成设备烧损ꎮ㊀㊀因此需要通过监控变压器运行时内部主部件的放电㊁过热等运行状况来实现设备潜在故障的提前预警ꎮ油中溶解气体检测技术是目前判断变压器运行状态最常见的技术手段ꎬ其原理是放电以及过热会导致油箱内绝缘油以及碳基材料的分解ꎬ其中绝缘油的主要成分是碳氢化合物ꎬ含有ＣＨ∗㊁ＣＨ２∗㊁ＣＨ３∗化学基团ꎬ并由Ｃ Ｃ键键合ꎮ局部放电以及过热可使部分Ｃ Ｃ键和Ｃ Ｈ键断裂ꎬ而后断裂产生的自由化学基团由于极度不稳定ꎬ根据 体系自由能越低ꎬ系统越稳定 原理ꎬ迅速化合生成稳定的氢气和低分子烃类气体ꎬ如ＣＨ４㊁Ｃ２Ｈ２等ꎬ并溶解于油中[２－３]ꎮ不同故障类型所产生的气体如表１所示ꎬ故障类型对应特征气体含量的具体判据则需根据变压器的电压等级与现场运检需求确定ꎬ其中ꎬ氢气和乙炔是变压器监测预警中最重要的两种关键特征气体ꎬ从表中可以看出ꎬ氢气含量的超标代表了变压器处于异常状态(温度过高)ꎬ乙炔的超标代表了变压器处于危险状态(放电与火花)ꎮ在特高压变电领域ꎬ依据２０２１年２月中国电科院在«１１００ｋＶ变压器套管油色谱排查建议方案(试行)»规定ꎬ氢气含量的报警注意值为１００ｐｐｍꎬ乙炔含量的报警注意值为０ ５ｐｐｍꎮ㊀㊀目前ꎬ国内外已普遍应用变压器油中溶解气体在线监测装置ꎬ相对离线检测的方法ꎬ有着如下的优势:㊀㊀(１)有效减少了人为操作的误差ꎮ在线监测装置控制系统由计算机全智能实现ꎬ全套监测过程包含进油㊁出油㊁油气分离ꎬ气体检测等过程均由自动化程序控制完成ꎬ减少了人为操作的误差ꎮ表１㊀不同故障类型所产生的气体故障类型气体成分Ｈ２ＣＯＣＯ２ＣＨ４Ｃ２Ｈ２Ｃ２Ｈ４Ｃ２Ｈ６油过热次无无主无主次油纸过热次主主主无主次局部放电主主次主主无次火花放电主无无无主无无油中电弧放电主无无次主次次油纸电弧放电主主主次主次次受潮或油有气泡主无无无无无无㊀㊀注:主㊁次㊁无分别代表主要㊁次要㊁无关气体成分㊀㊀(２)实现设备运行工况实时监测ꎮ即在线监测装置具备实时监测分析油中溶解气体以及数据上传功能ꎮ目前国家电网公司特高压变电站内的油中溶解气体在线监测装置设定为４个小时一次的检测周期(大部分装置可以设置更短的检测周期)ꎬ解决了离线检测无法及时发现变压器突发故障的问题ꎮ㊀㊀(３)监测数据可以反馈主设备运行状态趋势ꎬ实现故障预警ꎮ在线监测数据量大ꎬ且在时间维度上呈现规律变化ꎬ监测的数据结果不仅能够反映出变压器当前的油中溶解气体含量ꎬ判定当前变压器运行状态ꎬ同时可根据数据随时间发展的规律与趋势ꎬ结合专家诊断算法ꎬ判断变压器的运行趋势ꎬ实现变压器健康度实时评价ꎬ提前发现变压器的潜在故障ꎮ㊀㊀(４)减少人力资源ꎬ节省检修成本ꎮ以国家电网公司为例ꎬ特高压变电站均建在偏远地带ꎬ路途遥远ꎬ交通极其不便利ꎬ每次离线试验均需花费人力物力前往现场取油样返回实验室ꎬ且只能在停电检修时才能操作取油ꎮ在线监测装置解决了上述难题ꎬ实现在线监测数据快速回传到数据平台ꎮ２㊀关键技术㊀㊀变压器油中溶解气体在线监测系统主要包括油气分离技术㊁混合气体组分分离技术以及气体检测技术[４]ꎮ㊀㊀检测流程如图１所示ꎬ系统通过油循环单元ꎬ采集变压器的油样ꎬ将油样导入油气分离单元ꎬ得到分离出来的各种特征气体ꎬ对于气相色谱原理的检测方法ꎬ还需要通过混合气体组分分离单元得到各组分的气体ꎬ然后使用传感器进行检测和采集ꎬ最后把检测的数据上传到数据分析平台进行数据统计㊁分析和故障研判[５]ꎮ图１㊀变压器油中溶解气体在线监测系统检测流程图２ １㊀油气分离技术㊀㊀油气分离技术指的是通过一定的技术手段ꎬ将特征故障气体从绝缘油中分离ꎮ目前ꎬ虽然已有团队研究直接从油中测量溶解气体的技术ꎬ并取得了一定的成果ꎬ但是仅处于实验室实验阶段ꎬ相关的制作工艺尚不成熟ꎬ测量准确性与可靠性低ꎬ无法应用于在线监测[６－１０]ꎮ㊀㊀因此在线监测装置必须先将气体从油中分离才可进行测量ꎮ目前国网公司在运的在线监测装置配套的油气分离技术主要有:真空脱气法㊁动态顶空脱气法㊁膜分离法ꎬ其中以真空脱气法㊁动态顶空脱气法居多ꎮ在国外ꎬ膜分离法占有更高的比例[４]ꎮ㊀㊀真空脱气装置由搅拌器㊁活塞泵㊁脱气室㊁集气室和真空泵等单元构成ꎮ真空脱气装置的结构如图２所示ꎮ首先将油样注入密封的脱气室内ꎬ通过液相上方真空抽离作用ꎬ使油中溶解气体析出ꎬ同时搅拌液相加速气体析出过程ꎬ再通过活塞泵将气体推入集气室ꎬ压缩机带动真空泵与活塞泵对脱气室反复抽送ꎬ实现脱气㊁送气㊁集气反复循环ꎬ最终真空脱气法能达到９５％以上的脱气率ꎬ重复性高[１１]ꎮ目前真空脱气法存在的问题ꎬ一是脱气流程的周期较长ꎻ二是设备维护要求较高ꎬ尤其是脱气室的密封性一定要保障ꎻ三是装置故障率相对偏高ꎬ主要是真空脱气压缩机故障率偏高ꎮ㊀㊀动态顶空脱气法是基于溶解平衡原理的部分脱气法ꎬ在气体分子的热运动并不断扩散的过程ꎬ通过向定容量的绝缘油中鼓入一定量的空气或氮气ꎬ促使绝缘油内形成鼓泡ꎬ气体分子从油中逸出ꎬ加速油中的溶解气体在气液两相之间建立动态平衡ꎬ根据溶解平衡原理ꎬ当气液两相达到动态平衡后其浓度比例保持一定ꎬ因此可根据已分离出的平衡气体浓度按比例换算得到绝缘油中溶解气体的初始浓度[１２]ꎮ顶空脱气法装置结构简单ꎬ脱气速率较快ꎬ但是由于是部分脱气法ꎬ在溶解气体浓度很低的情况下ꎬ对分析仪器的灵敏度有较高的要求ꎮ顶空脱气装置的结构如图３所示ꎮ图２㊀真空脱气原理图图３㊀动态顶空脱气原理图㊀㊀膜分离法同样是基于溶解平衡原理的油气分离技术ꎬ利用渗透膜的选择透过性特征ꎬ渗透膜会阻拦油分子(液相)而使气体分子(气相)自由通过ꎬ膜处于变压器绝缘油和气室之间ꎬ油气分离的过程如图４所示ꎬ绝缘油中的溶解的气体分子由于热运动会接触渗透膜表面ꎬ由于气体分子小于膜表面的分子孔隙ꎬ会逐渐透过分子筛ꎬ其渗透速度与溶解气体的浓度成正比ꎬ气体分子在布朗运动作用下ꎬ自发的从高化学势(高浓度)区域向低化学势(低浓度)区域逐渐扩散ꎬ最终达到平衡状态ꎬ最终气室内的气体浓度维持定量ꎮ膜分离法结构简单ꎬ并且不耗费变压器油液ꎮ但膜分离法中膜的分离机理依靠分子的热运动进行ꎬ即自由扩散ꎬ气室内的气体浓度和油中溶解气体浓度达到动态平衡至少需要十几小时ꎬ响应时间太长导致无法及时发现故障ꎬ并且不同气体的膜分离平衡时间具有很大差异ꎬ例如乙烯达到平衡的时间要比氢气久的多(乙烯分子半径明显大于氢气导致渗透过程漫长)[１３]ꎮ因此一旦变压器运行状态改变ꎬ油中溶解气体浓度比例随之改变ꎬ监测装置由于平衡时间的差异无法及时同步ꎬ则会导致误判ꎮ同时渗透膜的保养维护也是一大问题ꎬ一方面需要考虑到膜的机械强度ꎬ另一方面一定要保障气室的气密性ꎮ图４㊀膜分离法脱气原理图２ ２㊀混合气体组分分离技术㊀㊀混合气体组分分离技术主要是配合气相色谱检测方法ꎬ光声光谱法不需要做组分分离ꎮ目前主要的气相色谱组分分离方法是通过色谱柱实现的ꎮ色谱柱分为固定相和流动相ꎬ固定相是吸附剂ꎬ要求不与组分发生任何化学反应ꎬ组分也不会物理溶解于吸附剂ꎬ即吸附是可逆的ꎬ常用的吸附剂为氧化铝㊁硅胶㊁活性炭等[１４]ꎻ流动相是洗脱剂ꎬ一般是使用惰性气体或者廉价易制备的氮气ꎬ作用是引导组分气体通过吸附剂的筛选ꎮ各气体组分经油气分离后进入色谱柱ꎬ吸附剂对各气体组分产生不同程度的吸附作用ꎬ导致各气体组分在柱中的脱附与流动速度产生差异ꎬ因此不同气体组分在时间上会依次流出色谱柱ꎬ实现气体组分分离[１５]ꎮ㊀㊀色谱柱一般分为毛细管柱和填充柱两大类ꎬ其结构和组分分离效率也不尽相同ꎮ首先在外观上ꎬ毛细管柱的外直径在１~２ｍｍ之间ꎬ内直径在１ｍｍ以内ꎬ而填充柱外直径约５~７ｍｍꎬ内径约３~５ｍｍꎬ毛细管柱的长度要远长于填充柱ꎻ接着是材料不同ꎬ毛细管柱一般是甲基硅氧烷聚合物ꎬ具有韧性ꎬ可盘成环形排列形状ꎬ填充柱一般是不锈钢或玻璃ꎬ没有韧性ꎻ最后是组分分离效率不同ꎬ毛细管柱效率高ꎬ分离效果优于填充柱ꎮ２ ３㊀气体检测技术㊀㊀油气分离与组分分离完成后ꎬ则由气体传感器定量检测出各种特征气体含量ꎮ气体传感器的原理是利用物理或者化学反应测量出特征气体的种类与浓度ꎬ并将物理化学信号转化为电信号输出ꎮ按照原理分类ꎬ应用于电力行业离线检测与在线监测的传感器有半导体气敏传感器㊁催化燃烧气敏传感器㊁光离子气敏传感器㊁光纤气敏传感器㊁热导检测器㊁氢火焰离子化检测器等ꎮ国家电网公司特高压油中溶解气体在线监测体系气体检测主要采用半导体气敏传感器㊁热导检测器以及光声光谱检测技术ꎮ㊀㊀热导检测器是气相色谱法最早且应用最广的检测手段ꎬ其原理是利用了不同气体具有不同的导热率ꎮ如图５所示ꎬ在热导池中设置有温度恒定的热源对电热丝持续加热ꎬ使得电热丝阻值维持平衡ꎮ当测量池与参比池通入气体类型相同时ꎬ例如通入纯净空气或纯氮气ꎬ此时两组电热丝阻值相同ꎬ电桥平衡ꎬ信号输出为一条直线ꎮ当特征气体进入检测池后ꎬ由于特征气体与参比气体的导热率不同ꎬ因此各热敏电阻感应的温度变化也有差异ꎬ导致其电阻率变化不同ꎬ电桥失去平衡ꎬ此时信号输出相应特征气体的色谱峰ꎬ峰值大小与特征气体的类型与浓度相关ꎬ据此将各种特征气体组分分辨且定量检测出来[１６]ꎮ热导检测器的优点是结构简单ꎬ可检测气体种类多ꎬ通用性广ꎬ且不损耗被测气体ꎬ具备较高的灵敏度和稳定性ꎬ气体检测精度为几十ｐｐｍꎮ图５㊀热导检测器工作原理图㊀㊀半导体气体传感器是目前应用最普遍且最实用的气体传感器ꎮ应用于油中溶解气体检测的半导体传感器一般为金属氧化物半导体传感器ꎬ如图６所示ꎬ常见的金属氧化物半导体传感器一般采用ＳｎＯ２㊁ＺｎＯ㊁Ｉｎ２Ｏ３㊁ＷＯ３等材料封装[１７－１８]ꎮ由于油中溶解气体检测环境一般为常温ꎬ因此一般采用表面电阻控制型金属氧化物半导体传感器ꎬ其原理为当特征气体化学吸附在材料表面时ꎬ由于载流子迁移作用ꎬ导致表面处的能带发生弯曲ꎬ其弯曲程度与接触气体浓度相关ꎬ从而引起材料表面电导率发生变化ꎬ由此测定目标气体的浓度[１９－２０]ꎮ金属氧化物半导体传感器具备灵敏度高㊁响应迅速㊁性能稳定㊁制造简单且低成本等优点ꎬ很适合变压器油中溶解气体在线监测的需求ꎬ其缺点为选择性较差ꎬ目前国内外已有大量研究采用了材料掺杂㊁贵金属修饰㊁合成复合材料㊁包覆金属有机框架等方法较好的解决了这一问题ꎮ图６㊀金属氧化物半导体传感器封装示意图㊀㊀光声光谱气体检测系统一般主要包含气路㊁光路㊁光声池三大部分ꎬ如图７所示ꎮ装置检测的原理是向密封在光声池内的待测气体发射一束频率调制的红外光束ꎬ待测气体吸收红外光束后ꎬ气体分子被激发发生振动而达到激发态ꎬ由于红外激发光频率低ꎬ对应光子能量低ꎬ退激以能量较低的声学波为主ꎬ然后被拾音器检测ꎬ通过信号处理电路得到光声图谱ꎮ不同的特征气体具有不同的分子结构ꎬ即具有不同的分子振动能级结构ꎬ调制光经不同特征气体吸收后ꎬ吸收的频谱也就不同ꎮ因此通过调制入射光频率ꎬ检测到随频率变化的光声信号即可实现对特征气体的定性鉴定与定量测量[２１]ꎮ㊀㊀光声光谱测量技术是一种间接测量技术ꎬ通过获得的声学信号频谱定性确定气体种类ꎬ通过测量声学信号振幅定量获得气体浓度ꎬ且检测精度高ꎬ可达到１ｐｐｍꎮ光声光谱在线监测装置相对气相色谱在线监测装置ꎬ成本要高出不少ꎬ维护不便ꎮ图７㊀光声光谱气体检测装置结构示意图３㊀结论㊀㊀本文概述了目前特高压变压器油中溶解气体在线监测技术的应用现状ꎬ梳理了应用于国网特高压的几种主流的油气分离㊁气体组分分离以及气体检测技术ꎬ对比分析了这些技术的优缺点ꎬ指出了装置性能升级与提升方向ꎮ本文可为变压器油中溶解气体在线监测装置的选型选配提供一定的参考ꎬ同时为油中溶解气体在线监测技术的研究方向提供一定的思路ꎮ参考文献[１]㊀李志超.换流变压器阀侧套管绝缘故障检测技术研究[Ｄ].华北电力大学(北京)ꎬ２０１７.[２]㊀黄旭ꎬ王骏.变压器油中溶解气体分析和故障判断[Ｊ].石油化工设计ꎬ２０２１ꎬ３８(２):３９－４１＋５－６.[３]㊀肖燕彩ꎬ朱衡君ꎬ张霄元.基于溶解气体分析的电力变压器在线监测与诊断技术[Ｊ].电力自动化设备ꎬ２００６(６):９３－９６.[４]㊀甘丽萍.溶解气体在线监测技术在状态检修中的应用[Ｊ].科技创新与应用ꎬ２０１３(２９):１６２.[５]㊀宋天斌.油浸式变压器绝缘在线监测系统研究[Ｄ].华中农业大学ꎬ２０１０.[６]㊀ＹａｎｇＦꎬＪｕｎｇＤꎬＰｅｎｎｅｒＲＭ.Ｔｒａｃｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｄｉｓｓｏｌｖｅｄｈｙｄｒｏｇｅｎｇａｓｉｎｏｉｌｕｓｉｎｇａｐａｌｌａｄｉｕｍｎａｎｏｗｉｒｅａｒｒａｙ[Ｊ].ＡｎａｌＣｈｅｍꎬ２０１１ꎬ８３(２４):９４７２－７.[７]㊀ＯｈｏｄｎｉｃｋｉＰＲꎬＢａｌｔｒｕｓＪＰꎬＢｒｏｗｎＴＤ.Ｐｄ/ＳｉＯ２ａｎｄＡｕＰｄ/ＳｉＯ２ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅ￣ｂａｓｅｄｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｓｅｎｓｏｒｓｆｏｒＨ２ｓｅｎｓｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ[Ｊ].ＳｅｎｓｏｒｓａｎｄＡｃｔｕａｔｏｒｓＢ:Ｃｈｅｍｉｃａｌꎬ２０１５ꎬ２１４:１５９－１６８.[８]㊀ＵｄｄｉｎＡＳＭＩꎬＹａｑｏｏｂＵꎬＣｈｕｎｇＧ￣Ｓ.Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄｈｙｄｒｏｇｅｎｇａｓａ￣ｎａｌｙｓｉｓｉｎｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｏｉｌｕｓｉｎｇＰｄｃａｔａｌｙｓｔｄｅｃｏｒａｔｅｄｏｎＺｎＯｎａｎｏｒｏｄａｒ￣ｒａｙ[Ｊ].ＳｅｎｓｏｒｓａｎｄＡｃｔｕａｔｏｒｓＢ:Ｃｈｅｍｉｃａｌꎬ２０１６ꎬ２２６:９０－９５.[９]㊀ＳａｎｄｖｉｋＰꎬＢａｂｅｓ￣ＤｏｒｎｅａＥꎬＲｏｙＴｒｕｄｅｌＡꎬｅｔａｌ.ＧａＮ￣ｂａｓｅｄＳｃｈｏｔ￣ｔｋｙｄｉｏｄｅｓｆｏｒｈｙｄｒｏｇｅｎｓｅｎｓｉｎｇｉｎｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｏｉｌ[Ｊ].ｐｈｙｓｉｃａｓｔａｔｕｓｓｏｌｉｄｉ(ｃ)ꎬ２００６ꎬ３(６):２２８３－２２８６.[１０]㊀ＬｉＤꎬＭｅｄｌｉｎＪＷꎬＢａｓｔａｓｚＲ.Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｐｏｌｙｍｅｒ￣ｃｏａｔｅｄｍｅｔ￣ａｌ￣ｉｎｓｕｌａｔｏｒ￣ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓｅｎｓｏｒｓｆｏｒｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｄｉｓｓｏｌｖｅｄｈｙｄｒｏｇｅｎ[Ｊ].ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓꎬ２００６ꎬ８８(２３).[１１]㊀张召涛.植物绝缘油中特征气体及油纸吸湿特性与纳米粒子分散稳定性研究[Ｄ].重庆大学ꎬ２０１２.[１２]㊀胡仕红ꎬ鲁登峰ꎬ王杰.绝缘油中溶解气体组分含量的气相色谱测定(溶解平衡法)浅析[Ｊ].四川电力技术ꎬ２０１４ꎬ３７(２):８６－９０.[１３]㊀肖登明ꎬ张周胜ꎬ黄亦斌.电力变压器在线监测的现状及前景探讨[Ｊ].高科技与产业化ꎬ２００９(５):１０３－１０５.[１４]㊀李健.改性活性炭和Ｄ１０１型大孔树脂对乙酸乙烯酯的吸附研究[Ｄ].南京理工大学ꎬ２０１０.[１５]㊀崔鸿飞.变压器油溶解气分离及光声检测技术研究[Ｄ].大连理工大学ꎬ２０１４.[１６]㊀李倩竹.氧化物掺杂二氧化锡基气体传感器的气体检测特性研究[Ｄ].重庆大学ꎬ２０１４.[１７]㊀ＪｅｏｎｇＳＹꎬＫｉｍＪＳꎬＬｅｅＪＨ.ＲａｔｉｏｎａｌＤｅｓｉｇｎｏｆＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ￣ＢａｓｅｄＣｈｅｍｉｒｅｓｉｓｔｏｒｓａｎｄｔｈｅｉｒＬｉｂｒａｒｉｅｓｆｏｒＮｅｘｔ￣ＧｅｎｅｒａｔｉｏｎＡｒｔｉｆｉｃｉａｌＯｌ￣ｆａｃｔｉｏｎ[Ｊ].ＡｄｖＭａｔｅｒꎬ２０２０ꎬ３２(５１):ｅ２００２０７５.[１８]㊀ＳｕｎＹＦꎬＬｉｕＳＢꎬＭｅｎｇＦＬꎬｅｔａｌ.Ｍｅｔａｌｏｘｉｄｅｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄｔｈｅｉｒｇａｓｓｅｎｓｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ:ａｒｅｖｉｅｗ[Ｊ].Ｓｅｎｓｏｒｓ(Ｂａｓｅｌ)ꎬ２０１２ꎬ１２(３):２６１０－３１.[１９]㊀ＪｉＨꎬＺｅｎｇＷꎬＬｉＹ.Ｇａｓｓｅｎｓｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆｍｅｔａｌｏｘｉｄｅｓｅｍｉ￣ｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ:ａｆｏｃｕｓｒｅｖｉｅｗ[Ｊ].Ｎａｎｏｓｃａｌｅꎬ２０１９ꎬ１１(４７):２２６６４－２２６８４.[２０]㊀ＬｉＺＪꎬＬｉＨꎬＷｕＺＬꎬｅｔａｌ.Ａｄｖａｎｃｅｓｉｎｄｅｓｉｇｎｓａｎｄｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇｍｅｔａｌｏｘｉｄｅｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｆｏｒｈｉｇｈ￣ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｇａｓｓｅｎ￣ｓｏｒｓｏｐｅｒａｔｅｄａｔｒｏｏｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ[Ｊ].ＭａｔｅｒｉａｌｓＨｏｒｉｚｏｎｓꎬ２０１９ꎬ６(３):４７０－５０６.[２１]㊀赵宇彤.随动式多组分油色谱在线监测装置的开发与应用[Ｄ].华北电力大学(北京)ꎬ２００９.收稿日期:２０２２－０１－１９作者简介:赵振喜(１９７５－)ꎬ男ꎬ高级工程师ꎬ主要研究方向为电网建设管理ꎮ。
变压器油中溶解气体及微水在线监测系统技术方案
变压器油中溶解气体及微水在线监测系统技术方案1.概述变压器油中溶解气体和微水是反映变压器运行状态和绝缘状况的重要指标。
变压器油中的溶解气体主要为H2、CH4、C2H6、C2H4、CO、CO2、N2等气体，因电器设备的绝缘材料、设备结构和工作条件等不同，变压器油中的气体含量也不相同。
微水是指变压器油中含有的水分，与变压器绝缘性能有关。
当变压器油中的溶解气体和微水含量超标时，会对变压器的正常运行和绝缘性能产生不利影响。
传统的变压器油中溶解气体和微水检测方法多采用离线分析，即每隔一段时间取样、送至实验室进行分析，这种方法不但费时费力，还难以及时发现变压器运行中的异常情况。
因此，在线检测变压器油中溶解气体和微水的技术方案受到了广泛关注。
2.技术方案变压器油中溶解气体和微水在线监测系统是通过将传感器安装于变压器油箱内，实时测量变压器油中溶解气体和微水的含量，并将数据传输至数据采集装置和监控系统，完成变压器油中溶解气体和微水的在线监测的技术方案。
2.1 变压器油中溶解气体在线监测系统变压器油中溶解气体在线监测系统主要包括设备和软件两个部分。
2.1.1 设备部分变压器油中溶解气体在线监测的设备包括溶解气体传感器、气体采集器、信号转换器和数据采集装置。
（1）溶解气体传感器目前市面上常用的变压器油中溶解气体传感器主要有三种：热膜传感器、红外传感器和色谱法传感器。
热膜传感器基于热膜敏感元件的电阻随气体导电性变化的原理，测量变压器油中溶解气体的含量。
这种传感器具有响应速度快、精度高、稳定性好等优点。
红外传感器主要利用气体分子的吸收谱线由于吸收气体能量发生了吸收和发射的变化，从而测量溶解气体的含量。
这种传感器具有测量范围广、使用寿命长等优点。
色谱法传感器是将变压器油样品进样进入分离柱，分离后通过检测器检测气体，最终确定变压器油中溶解气体的含量。
这种传感器精度高，可以同时检测多种气体，但其体积较大，需要配合支持性设备使用。
变压器油中溶解气体及微水在线监测系统技术方案
变压器油中溶解气体及微水在线监测系统技术方案一、技术方案概述变压器油中溶解气体及微水是评估变压器运行状态的重要指标之一，因此，建立一个能够实时、准确监测变压器油中溶解气体及微水的在线监测系统是十分重要的。
本文将介绍一种基于红外吸收、电容式传感器等原理的变压器油中溶解气体及微水在线监测系统技术方案。
二、技术原理1. 溶解气体在线监测变压器油中溶解气体是反映变压器内部故障的重要指标，常见的溶解气体有氧气、氢气、可燃气体等。
在本方案中，采用红外吸收原理实现溶解气体的在线监测。
具体地，将变压器油样本放置于红外吸收谱仪中，利用溶解气体在红外波长下吸收的特性，通过与事先建立好的标准库进行比对，得到各种溶解气体的浓度值。
2. 微水在线监测变压器中存在着大量的绝缘油，而油在运行过程中可能因为机械振动、温度变化等原因而产生微水，这会影响绝缘油的性能，甚至对变压器的运行安全造成影响。
因此，在本方案中，采用电容式传感器原理实现微水的在线监测。
具体地，将电容式传感器安装在变压器油箱内部，当油中水含量超过一定阈值时，传感器将产生信号，通过信号放大、处理等步骤，得到微水的浓度值。
三、系统设计1. 硬件设计本方案中，变压器油样本的采集和处理通过自动采样、输送、清洗等机械设备实现。
具体地，采用自动化的样品输送系统将油样品输送至红外吸收谱仪中，通过轴流泵等设备将油样品送至电容式传感器中，实现对溶解气体和微水的在线监测。
2. 软件设计本方案中，溶解气体和微水的在线监测结果通过工业控制计算机实现。
具体地，通过建立标准库、与传感器进行数据交互、分析处理等方式，实现电容式传感器和红外吸收谱仪的数据集成，并对监测结果进行分析和预警，确保变压器的安全稳定运行。
四、总结变压器油中溶解气体和微水的在线监测对于保障变压器的运行安全至关重要。
本文介绍了一种基于红外吸收、电容式传感器等原理的变压器油中溶解气体及微水在线监测系统技术方案，通过系统硬件和软件的设计，能够实现对变压器油中溶解气体和微水的实时、准确监测，为变压器的安全稳定运行提供了保障。
3.1 变压器油中溶解气体的检测
1.脱气
脱气法主要有油中吹气法、抽真空取气法、分离膜 渗透法，表1给出了简单的优缺点比较结果。其中平板 分都属于抽真空脱气法。
表1 油气分离方法比较
油气分离方法 高分子平板透 气膜 波纹管
平衡时 间 长 短
分离效 果 较好 差
热导检测器是一种万能气体检测器，但应用于在线 检测时对制造工艺的要求很高，因此目前应用不是很 广泛。 燃烧电池型传感器目前主要应用于单氢气的检测。 接触燃烧式气敏传感器不受可燃性气体周围气体的 影响，可用于高温、高湿度环境下，同时具有对气体 选择性好、线性度好、响应时间短等优点，但是如果 长期使用，其催化剂易劣化和“中毒”，从而使器件 性能下降或失效。 半导体传感器灵敏度高、结构简单、使用方便、价 格便宜，但其稳定性较差。
表6-8 改良三比值法的编码规则
特征气体的比值 <0.1 0.1~<1 1~<3 ≥3 0 1 1 2
比值范围编码
C2H2/C2H4
CH4/H2
1 0 2 2
C2H4/C2H6
0 0 1 2
（3）其他故障诊断法 除了特征故障气体法和三比值法，还有立体图示 法、大卫三角法、四比值法等其他一些传统的故障 诊断法。近年来，数学工具开始广泛应用于故障诊 断，并建立了一些以人工智能为基础的故障诊断专 家系统。 实际应用中，由于变压器故障表现形式以及故 障起因均比较复杂，所以在进行故障诊断时，常常 综合利用多种方法以求得到尽可能准确的诊断结果。
表6-5 判断变压器故障性质的特征气体法 序号 1 2 3 4 故障性质 一般过热性故 障 严重过热性故 障 局部放电 火花放电 特征气体的特点 总烃较高，C2H2<5μL/L 总烃较高，C2H2>5μL/L，但C2H2未构成主要成 分，H2含量较高 总烃不高，H2>100μL/L，CH4占总烃的主要 成分 总烃不高，C2H2>10μL/L，H2含量较高
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变压器油中8种气体在线监测1．前言：在现代电力工业的设备运行和维护中，要求在电厂或电站运行的关键变压器特别是发现有异常的变压器上经常进行故障气体，微水含量，局部放电，绕组变形等多种项目的测量。
从这些结果中得到的科学信息是电力部门预计并控制安全服务和运行成本的诸多因素。
随着现代科技的快速发展以及微处理器的引入，在线监测仪器的发展速度正在稳步提高。
在线监测仪器的功能不断改善而价格在逐步下降，使智能化在线检测仪器的广泛应用成为可能。
由于通讯技术的发展使得在线监测的结果能够快速传递到远距的分析和控制中心，在出现故障时不但能及时自动报警并可从多气体比值判断故障性质及类型，采取必要措施，更显示出了他的重要作用。
近年来在国外各大电力部门的应用已经证明，在线监测技术对电力设备的充分利用，提高效益，延长使用寿命以及降低运行维护费用方面都有极大的作用。
自1960年以来，世界电力工业广泛使用变压器油中多种故障气体的色谱分析及多比值，TD 图等判断方法为电力部门的安全高效运行提供重要依据。
但其测量周期较长，脱气误差较大以及耗时较多等问题，尚难满足安全生产和状态检修的要求。
因此，变压器油中多种故障气体的在线监测就成为迫切的需要。
由国家质量监督局颁布的最新国家标准“变压器油中溶解气体分析和判断导则”中指出了变压器绝缘油的产气原理是由于绝缘油和固体绝缘材料在电及热作用下的分解。
低能量放电故障促使最弱的C-H键断裂，主要重新化合成氢气，乙烯在高于甲烷和乙烷的温度下生成。
大量的乙炔是在电弧的弧道中产生。
标准定义了“对判断充油电器设备内部故障有价值的特征气体：即氢气（H2）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2），并说明氧气（O2）和氮气（N2），可作为辅助判断指标。
因此对包含氧气（O2）在内的8种故障气体进行在线监测才能符合中国国家标准的要求，进一步监测氮气（N2）是国际新发展方向。
英国Kelman公司成功实现了光声光谱（PAS）技术应用予溶解气体分析，在此基础上研制成功了Transfix®型在线式油中溶解气体分析仪。
Transfix®使用欧洲先进技术和部件、克服了环境变化、仪器恒温、信号干扰、机械振动等各种难题，成功地实现在线监测变压器油中的8种故障气体及微水。
它可以直接安装在变压器现场，连续自动采样，自动监测油中气体及微水。
并且主控室终端电脑可以通过有线或无线的方式与其通信，获取油中气体及溶解水的实时数据信息。
Transfix®不仅仅能够监测变压器油中的8种故障气体，而且能够监测变压器油中的微水含量。
和传统的变压器色谱分析仪相比，Transfix®不仅仅性能大为提高，而且它还能替换变压器微水测试仪。
到2004年，Transfix®已经广泛的应用在美国、加拿大、墨西哥、丹麦、德国、挪威、奥地利、瑞士、瑞典、英国、韩国、马来西亚、新加坡、澳大利亚等国家的电力系统中。
2．系统原理和传统的气相色谱分析仪比较，Transfix®采用了领先的“动态顶空平衡”法进行油气分离；专利光声光谱技术进行气体监测。
2．1 油气分离图1 脱气模块图1是Transfix®的油气分离模块，即脱气模块。
其采用的是“动态顶空平衡”进行脱气。
在脱气的过程中，采样瓶内的磁力搅拌子不停的旋转，搅动油样脱气；析出的气体经过监测装置后返回采样瓶的油样中。
在这个过程中，光声光谱模块间隔测量气样的浓度，当前后测量的值一致时，认为脱气完毕。
该脱气方式满足ASTM 3612标准及IEC相关标准。
2．2 气体检测Transfix®是利用光声光谱技术实现变压器油中故障气体的监测。
光声光谱是基于光声效应的一种光谱技术。
光声效应是由分子吸收电磁辐射（如红外线等）而造成。
气体吸收一定量电磁辐射后其温度也相应升高，但随即以释放热能的方式退激，释放出的热量则使气体及周围介质产生压力波动。
若将气体密封于容器内，气体温度升高则产生成比例的压力波。
监测压力波的强度可以测量密闭容器内气体的浓度。
一个简单的灯丝光源可提供包括红外谱带在内的宽带辐射光，采用抛物面反射镜聚焦后进入光声光谱测量模块。
光线经过以恒定速率转动的调制盘将光源调制为闪烁的交变性号。
由一组滤光片实现分光，每一个滤光片允许透过一个窄带光谱，其中心频率分别与预选的各气体特征吸收频率相对应。
图2 光声光谱原理图如果在预选各气体的特征频率时可以排除各气体的交叉干扰，则通过对安装滤光片的圆盘进行步进控制，就可以依次测量不同的气体。
经过调制后的各气体特征频率处的光线以调制频率反复激发样品池中相的气体分子，被激发的气体分子会通过辐射或非辐射两种方式回到基态。
对于非辐射驰豫过程，体系的能量最终转化为分子的平动能，引起气体局部加热，从而在气池中产生压力波（声波）。
使用微音器可以检测这种压力变化。
声光技术就是利用光吸收和声激发之间的对应关系，通过对声音信号的探测从而了解吸收过程。
由于光吸收激发的声波的频率由调制频率决定；而其强度则只与可吸收该窄带光谱的特征气体的体积分数有关。
因此，建立气体体积分数与声波强度的定量关系，就可以准确计量气池中各气体的体积分数。
由于光声光谱测量的是样品吸收光能的大小，因而反射，散射光等对测量干扰很小；尤其在对弱吸收样品以及低体积分数样品的测量中，尽管吸收很弱，但不需要与入射光强进行比较，因而仍然可以获得很高的灵敏度。
图3 光声光谱模块图通过观查变压器故障气体的分子红外吸收光谱发现，其中存在不同化合物分子特征谱线交叠重合的现象。
通过进一步研究，可寻找到合适的独立特征频谱区域以满足监测各种气体化合物的要求，从而也从根本上消除了监测过程中不同气体间发生干扰的问题。
3．系统优点Transfix®采用了先进的“动态顶空平衡”法进行脱气以及光声光谱法进行气样监测。
因此和传统的变压器油中故障气体监测仪器相比较有以下一些优点：3．1 由光声光谱测量部件特性而知，较传统的气相色谱(GC)分析仪器而言，光声光谱分析仪所需的校验工作将大为减少；3．2 光声光谱检测技术无需气相色谱分析仪器中所需的消耗品，如载气等；3．3 采用光声光谱技术的仪器内光声室（一般仅2-3mL）容积较小，意味着仅需少量样品即可进行测试，且便于迅速清理光声室以满足快速、连续测量的要求。
通常光声室的清理时间仅为1-2分钟，而多数实验室气相色谱仪器则需要几十分钟的清理时间。
3．4 Transfix®不仅仅能够监测变压器油中8种故障气体，而且还能够监测油中的微水含量。
因此Transfix®不仅仅能够同时替换传统的色谱分析仪和微水测试仪，而且还能够使操作简单，不易产生污染。
3．5 由于系统采用光声光谱技术测量气体含量，因此没有传统的色谱柱以及色谱柱老化、污染、饱和等缺点。
并且系统没有固态半导体传感器，不受CO或其他气体污染。
3．6 系统能够提供历史数据，能够在主机中纵向比较变压器的历史数据，给出变压器油中气体以及微水的走势图。
3．7 系统在运行过程中，不需要频繁校准。
3．8 系统的重复性能好，Transfix®有相当高的测量一致性。
3．9 系统在设计过程中充分考虑变压器现场的恶劣工作环境，因此系统具有较好的抗振性，较高的防护等级。
由于内部具有温度补偿功能，因此其受环境温度影响小，在-40℃ ~ +55℃都能正常的工作。
4．系统结构：图4 Transfix®内部模块图图4是Transfix®系统的模块图。
油样泵入脱气模块，经过脱气得到的气样进入光声光谱模块。
光声光谱模块处理后将得到的电信号传送给高精度ADC，CPU控制其工作并且得到相应的数字信号随后根据温度补偿模块的信号，对数据进行修正，修正后的数据存放于数据存储模块。
当主机通信时，将数据传送给主机。
5．规格以及参数5．1技术指标：温度：环境温度： -40℃ ~ +55℃（-10℃ ~ +55℃启动时）；仪器进样处油温: -10℃ ~ +110℃；湿度：10 ~ 100%RH；防护等级：IP56；净重： 80kg；油压：油样进样处：运行时0~3bar（0~45psi）；非运行时-1~6bar（-15~87psi）；外壳： 750×840×350mm（高×宽×深）（参看附件）；安装支架：参看附件管材规格：参看附件2测量范围：3校准范围：） 6~2,000ppm氢气（H2其他 ~50,000ppm5．4相关技术指标：-交流电源: 110Vac~240Vac、46-63Hz，单相8A max ；-仪器内置存储器可存储至10,000个记录，按每小时一次的采样周期计算可存储一年的监测数据；-数据现场处理及分析；-仪器面板配有红色、黄色用户设置报警、注意值指示灯；-仪器配有三个继电器输出接点，用户可根据气体含量、微水值、产气速率、变化趋势或气体比值等判别标准设置该接点的工作状态；-Modem、RS-485、USB及串口通讯方式便于数据下载；-校验周期，2年（可由用户自行校验或由英国Kelman公司技术服务部门进行校验）；-采样周期：最小采样周期是1小时一次，用户可以在上位机，根据实际情况自己设定。
-6．系统框图图5 控制系统模块图上图是整个控制系统的模块图。
对于需要连续监控两台主变的要求，本方案中采用两台Transfix®分别监控两台变压器。
位于控制室的主机运行监控软件，在监控软件上可以设置Transfix®的运行状态，获取Transfix®的监测数据并且可以分析这些数据得出变压器油中气体的变化趋势。
Transfix®固定在金属架上，放置于变压器旁，监测变压器油中气体。
采用交换机和Modem实现主机和两台Transfix®间的通讯连接，利用它们传送主机的命令及Transfix®的监测数据。
7．油路连接:图6 油路连接示意图图6显示了变压器的取油和回油示意图。
一般推荐在变压器中部取油，因为从变压器中部可以取得油路主回路的油样，这样的油样具有代表性。
回油口一般位于变压器底部。
8．取油阀组件:图7 取油阀结构图图8 取油阀现场安装图片9．回油阀组件:图9 回油阀结构图1 图10 回油阀结构图2图11 回油阀安装图Kelman精心设计了取油阀和回油阀部相关组件，这些都保证了Transfix®和变压器联机运行的过程中不会漏油，而且外部的空气不会进入变压器油中。
10．系统安装图图12 Transfix®现场安装图图13 Transfix®管道安装图11．应用软件(TransCom®)随仪器提供的TransCom®专用软件，以最全面和直观的图形和表格显示出与变压器内部状态直接关联的监测结果。