带电检测与在线监测仪器

控制与通信功能

网络接入单元：油中气体在线监测装置作为变电 设备状态监测系统的一个子设备理应接入变电设 备状态监测系统的统一数据平台。由于现今不同 行业、地区变电设备状态监测使用模式不同，目 前的变压器油中特征气体在线监测装置都设有自 己的独立数据平台，大多数采用通讯电缆连接测 量前端和上位机、上位机通过网线联入局网实现 数据和信息共享，个别也有采用移动GPRS方式 实现数据和信息传递，前者较为可靠，通讯成本 也较低，信息量无限制，特别适合原始谱图等大 文件的察看、传送，后者则无需敷设电缆，有利 于在线监测设备系统的安装及移装，但务必注意 信息安全。
气体检测4
气样进行富集处理等； ③经典FID+TCD从测量精度上应属最佳，但目前该 类装置成本高、可靠性较差，气源需求多，因此 在在线装置的应用受到局限。但在对在线装置测 量准确性要求日益提高的今天，对经典FID+TCD 方式进行在线监测装置的进一步应用研究，仍有 积极意义。 ④其他检测器，目前也有产品使用脉冲放电氦离子 化检测器，检测灵敏度很高，但载气系统钝化要 求高，使用成本很高，同时也存在“样气中的氧 氮组分严重影响烃类的检测”的问题 ，效果并不 理想。
先进产品技术性能2
功能要求1
1、应能连续监测油中溶解的故障特征气体； 2、对故障气体的反应速度要尽量快，在某些情况下，需要 在几小时内能够反映； 3、具有足够的灵敏度和测量准确性，不易受环境和主设备 油的影响而变化； 4、整套装置的结构、组成环节和工作流程应尽量简单，减 少易损和易耗件，以提高装置整体的可靠性； 5、装置的安装和运行不能对变压器的安全运行带来任何影 响或威胁；

油气分离5
效率的诸多因素，采取必要的技术措施，完全能 制造出适宜的真空全脱气油气分离单元，目前已 为多家在线监测装置制造商采用； ②套用真空脱气装置是指采用现存的实验室脱气装 置移植到在线装置，此方式虽测量性能较好，但 可靠性差，并由于采用真空泵使试油回收成为不 可能。
油气分离6

溶解平衡取气法：类似于试验室“机械振 荡平衡气体萃取法”原理，但在线应用时 也采用搅拌平衡、鼓泡等平衡其他方式， 较“膜分离”平衡快，定量计算更符合亨 利定律，但由于油气无物理分界面，对后 道气体检测单元存在污染可能，且对溶解 气体有稀释降低了检测灵敏度，对气体的 监测带来不利因素，同时由于油中溶入了 平衡气，所以试油回收必须经过净化处理。
油色谱——性能要求

Q / GDW 540.2 — 2010油中气体在线监测装置测量参数及
准确度的一般要求
设备名称 监测参数 最低检测限 H2 CO CO2 变压器 CH4 C2H6 C2H2 C2H4 0.5µ l/l 0.5~1000µ l/l 2µ l/l 25µ l/l 25µ l/l 测量范围 2~2000µ l/l 25~5000µ l/l 25~15000µ l/l 测量误差
原理(气体的产生)
绝缘材料
原理(气体的产生)
产生的气体
原理(气体的产生)
产生的气体
原理(气体的产生)
产生的气体
油色谱仪
分为单组分、多组分二种； 一般由油气分离单元、气体检测单元、流 程控制及数据处理单元和网络接入单元组 合而成。

油色谱与变压器的连接
回油阀门 供油阀门
气体检测6

“FTIR傅氏红外光谱法”和“光声光谱法”分别是 利用特征气体不同组分对相应不同波长单色光的 作用所产生的“光谱”和“微音”，并对此“光 谱”和“微音”使用光电传感器和微音传感器进 行检测从而达到气体含量的检测。其共同特点是 无需气源和色谱柱分离，基本可以做到免维护， 但产品价格成本相对偏高，达到同类色谱法产品 的2-3倍，运行中的校验维护成本也高，且其长期 稳定性尚待进一步考证。
装置原理——气体检测

气体检测单元：本单元完成油气分离单元 得到的油中溶解气体进行检测。主要检测 方法可分为将混合气体利用色谱柱分离以 后再测量的“色谱柱分离+检测器测量”法 和对混合气体直接测量的“传感器阵列直 接测量”、“FTIR傅氏红外光谱法”和 “光声光谱法”等。
气体检测1
气体检测方法分类
一位家民朋友听了很兴奋，说：我们全村都 是这样的人啊！
3
电力设备检修的发展
故障检修 定期检修
状态 检修 定期 检修
故障 检修
状态检修
4
项目 是否需 分类 要停电 停电 例行 试验
测试 时间
传感器可靠 性要求
测试设仪器 可靠性要求 通过定校保 证可靠性
干扰
判断标 准 有效的 判断标 准 有标准 但尚待 完善 大多数 没有标 准
油气分离4
真空式分离法：从产生真空手段可分为波纹管式、 气缸式及套用试验室真空脱气装置等几种，真空 法一般可以相对提高检测灵敏度，能即时采集样 气不存在平衡时间问题，定量计算相对简单和准 确，特别当装置为全脱气时，但装置机械结构相 对复杂、成本较高。但该法应该仍是在线监测装 置首选油气分离法。 ①波纹管式、汽缸式是指利用波纹管、汽缸的伸缩 产生真空，多次循环使气体从油中脱出，结构相 对简单，避免了真空泵润滑油可能造成的对变压 器油的污染，一般简单的波纹管式或汽缸式脱气 单元脱气效率并不高，但只要充分考虑影响脱气
装置原理——油气分离

油气分离单元：它是监测装置连接变压器 唯一通道，其可靠性直接关系到变压器的 运行安全，同时其试样的采集的代表性、 试样中气体的萃取速度和效率直接关系到 装置的测量实时性和准确性。目前应用于 油中气体在线监测装置的油气分离方法主 要有：膜分离法、真空式分离法、溶解平 衡取气法、吹扫捕集分离法等多种。
需要
短期
不高
干扰少 干扰较多， 但可通过分 析比对可排 除 干扰多，难 以有效排除
带电 不需要 检测 在线 不需要 监测
不高(如需预 通过定校保 短期 先埋设，要求 证可靠性 较高)
长期
高
高
带电检测的仪器
1. 2.
3.
4.
化学类——油化类（油色谱，油微水）、气体 类（SF6微水、分解产物、纯度） 声、光、电磁波等间接量——超声波局放（声 发射）、特高频局放、高频局放、弧光监测、 红外、紫外 电流、电压类——泄漏电流、相位、阻性电流 、CVT 3U0监测、风扇油泵电机、开关储能电 机 物理机械、振动类——有载调压开关监测、变 压器绕组变形、闸刀机械过程监测、开关合闸 同期性监测、SF6密度（压力）、激光检漏、 红外检漏
油枕油 位线
紫 外 光 紫外线探测器 UV滤片
紫外图象信号
接头尖端或毛刺
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硅橡胶表面电晕
原理
变压器、电抗器、互感器、电容器和套管等电气 设备，选用油纸或油和纸板组成的绝缘结构。当设备 内部发生热故障、放电性故障或者油、纸老化时，均 会产生各种气体，并溶解于油中。 气体的产生 气体在油中的溶解 气体在油中的损失
气体检测5

传感器阵列直接测量是指利用多个对不同气体具 有选择性响应的传感器同时置于气室，利用各传 感器的不同响应，通过计算机神经网络算法计算 得到气室混合各组分的浓度，该方法由于传感器 存在交叉响应，且随着时间的延续传感器特性的 改变量不一致，不进行经常性的全面标定可能带 来巨大的定量误差，而系统的标定又是一个非现 场简单的操作，因此实际应用证明效果不理想。
控制与通信功能
流程控制及数据处理单元 一、流程控制即是对装置气体监测过程的流程控制。 目前采用的流程控制可分测量前端独立控制和上 位机命令控制二种，相对而言前者更为可靠，能 独立于上位机完成测量； 二、数据处理包含：1、检测单元输出信号、数据的 分析得到气体的含量值（如色谱法的谱图解析和 定量计算）；2、数据归档、信息处理、故障诊断 等 。也就是根据分析数据结果及相关信息对设备 状态进行评估，提出检修决策建议等。
8
系统组成
9
X射线
紫外线
10-4 10-2
0.28 0.40 0.70 2.00 6.00 8.00
可见光 近红外线 红外线短波
热测量
红外线中波 红外线长波
15.00
微波
104
波长单位为微米 (µm)
电路处理
物 体
红外辐射
红外热图 红外镜头 探测器
接头松动 或者氧化
冷却循 环受阻
套管 发热
重复性
±30%或最小 检知量 ， 取大者
a) 针对同一油样 （浓度50µ l/l配 制)，连续进行5 次在线监测装置 油中气体成分分 析，比较5次测 量结果。 b) 合格判据：最 大与最小测量 结 果 之 差不超过5 次平均值的10%， 且各次测量结果 的测量误差均符 合测量误差要求。
先进产品技术性能1
功能要求2
6、宜对流动油取样，但处理油不能对变压器本体油产生污
染 7、油路部分密封良好，不应发生油渗漏现象； 8、 油气分离过程不能污染油箱中的变压器油，尽量避免消 耗变压器油，以免长期运行后影响变压器的正常运行； 9、油气分离单元的维护量必须少或免维护，可靠安全，应 采取合理措施以避免携气进入变压器和油蒸汽污染后续的 气体检测单元的可能。
检测方法
色谱柱分离
传感器阵列 直接测量
FTIR傅氏 红外光谱法
光声光谱法
半导体 气敏元件
微型热导池
经典 FID+TCD
其他检测器
色谱柱、检测器
油色谱——谱图
气体检测2
色谱柱分离+检测器测量法：是众多厂家广泛采用 的方法，色谱柱的分离有采用复合填料单柱，也 有采用多柱并联，因此各厂家的柱分离效果有较 大差异，特别是采用半导体气敏元件作为检测器 的装置（因为半导体气敏元件的响应及恢复较其 他检测器要长），因此在产品选型时请务必要求 厂家提供原始色谱图备查。检测器目前应用于油 中气体在线监测装置的主要有半导体气敏元件、 微型热导池、经典FID+TCD和一些其他传感器。 ①半导体气敏元件由于成本低、电路简单、灵敏度

气体检测3
高、广谱等优点被广泛采用，其明显缺点是响应 非线性、标定复杂，、传感器寿命较短，通常情 况氧氮组成对一氧化碳的定量有影响，对二氧化 碳无响应； ②微型热导池是最新高灵敏度广谱检测器，其具有 响应线性、易标定、较长的使用寿命，但商用需 OEM，成本价格较高，对载气要求高，通常使用 高纯氦气作载气，但对于DGA使用氦气作载气并 不适宜，因为样气中的氧氮组分将严重影响烃类 的检测，而使用氮气作载气灵敏度将会严重损失， 因此要达到DGA的检测要求通常需要对分析
油气分离3
②中空纤维管式静态分离由于毛细中空纤维管增加 了膜的表面积，相对于平板式膜分离法平衡时间 明显改善，也增加了膜强度，但同样必须安装在 设备本体油箱；中空纤维管式强迫油循环分离应 该就平衡来说应该是最佳的，由于循环油压有可 能存在油的渗漏问题，制造和密封工艺要求高 。 必须提出的是膜的材料特性、结构和制造工艺直接 影响到膜的性能。
油气分离7

吹扫捕集分离法：吹扫捕集法就是用载气吹扫试 油后通过装有吸附剂捕集器，使油中气体组分吸 附在吸附剂上，得到富集以后再进行解吸和测量， 这从理论上是可行的，但由于油中特征气体沸点 差异太大，一般仅适用于C2气体的富集，且吸附 剂的选择和捕集、脱附的方式较难控制，存在气 流波峰被拓宽的情况，对定量计算、长期测量准 确性带来不利因素，同样试油回收必须经过净化 处理。
油气分离1
油气分离方法分类
油气分离
膜分离
真空分离
平衡取气 吹扫捕集
静态平板
静态 毛细管
强油平板
强油 毛细管
波纹管式 机械振荡 气缸式
搅拌、 鼓泡
套用 脱气装置
油气分离2

膜分离法：从膜形式可分为平板式和中空纤维管 式，从油气平衡方式又可分为静态和强油循环不 同组合的四种。膜分离方式应用简单，因此被广 泛采用，其优点是工艺简单，油气有明显界面， 气体采集不损耗油量，缺点是油气平衡需要时间， 膜存在老化问题，因此运行中平衡时间和平衡常 数变异较大，定量准确性较差。 ①平板式静态分离是此类最简易的形式，一般油气 平衡时间较长，并可能存在死油区，必须安装在 设备本体油箱；平板式强迫油循环分离较前类静 态分离增加了一个循环泵，平衡时间有所缩短， 克服了死油区；
在线监测技术
浙江电科院 董建洋 137-7785-6939 5231048 Jianyang_dong@QQ.com
成功人士的标志!
1.没有名片； 2.自己不开车； 3.衣服没logo； 4.没有小区名，只有门牌号； 5.每天午睡； 6.经常在郊区活动； 7.包里现金很少。
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我们全村都是这样的人!