新型变压器在线监测系统

新型变压器在线监测系统

——法拉第TNU变压器在线监测与诊断系统

1概述

由于大型电力变压器设计、制造、材料质量和运行等诸多方面的原因，设备的恶性事故和故障时有发生，严重影响了电网的安全稳定运行(全国每年大约发生几十起大型电力变压器事故)。为确保变压器类充油电力设备的安全运行，国内外开发了许多的监测方法，其中以利用气相色谱法（DGA）检测绝缘油中溶解气体的含量，以此来判断充油电力设备内部故障的类型及严重程度的方法，在技术上非常成熟，成功地预防了很多变压器的严重事故。绝缘油在热和电的作用下，能分解出氢，一氧化碳、二氧化碳以及多种小分子烃类气体，充油电力设备内部故障的类型及其严重程度与这些气体组分及产气速率有着密切关系。目前，利用这一关系监视充油电力设备的运行状况，判断充油电力设备内部故障，已成为电力系统对充油电力设备进行监督，保证电网安全运行不可缺少的手段。

利用绝缘油中溶解气体气相色谱分析（DGA），虽然成功地检测出了许多充油设备的内部故障，为电网的安全靠运行起到了积极作用，但是这项技术也存在着不足，每次检测都必须经过油样采集——油样运输——油气分离——色谱分析这样一个过程，而每一个环节都存在着影响最终检测结果的因素。同时气相色谱要3个月以上，即使是缩短周期进行跟踪，也不能够实现实时连续检测，且易受外部干扰（如取样方法不规范，脱气率不高及其他操作误差）。

本文将介绍的法拉第TNU变压器在线检测与诊断系统是一种新型的在线色谱检测系统，它可以克服传统气相色谱分析及其它气体检测技术在应用于在线检测上的不足，实现真正的在线检测、分析、诊断，为管理者提供及时、准确、连续的决策依据。

2分析原理

法拉第系统的分析核心是傅里叶红外变换（FTIR）技术，FTIR基于光的干涉原理，如下图所示，待测气体池置于迈克尔逊干涉光路中，动镜移动时探测器上将得到强度不

断变化的干涉波。

背景干涉图和样品干涉图经傅里叶变换以后，可以得到背景单光谱和样品单光谱，样品透射光谱即为上述两光谱的比值。

根据朗伯——比尔定律，吸光度A与样品浓度c，吸收池光程长l，样品吸收率a 成正比，即A=acl。利用纯样品在选定的波数处建立吸光度值A相对于浓度c的校正曲线，然后根据待测样品的吸光度可求解出未知组分的含量。为了准确复原光谱，FTIR 光谱仪中都有一套激光干涉系统，采用激光干涉图过零点采样的办法准确地对复杂光谱进行采样。

对判断充油电气设备内部故障有价值的气体：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），除H2外，这些气体分子的基频振动都应落在中红外区。且各种气体都有独立的吸收主峰，水的谱峰与各特征气体的谱峰均没有重叠。也就是说，使用FTIR谱仪原则上不仅可以测定除氢以外的所有故障气体，而且可以同时测定水分。

FTIR谱仪由红外光源，干涉仪、气体池、红外探测器以及数据采集处理系统组成。

传统的气相色谱一般设置的采样周期为3—12个月，在线气相色谱可以做到24个小时采样一次，紧急情况下最短时间间隔也需要2小时，而FTIR谱仪可以在30—60秒内完成一次定量分析，所以其实时性接近于连续测量。

实验室气相色谱的允许误差一般为20%左右，基于气相色谱的在线检测仪还存在着受热导池，载气纯度影响而导致对烃类气体的最低检测浓度高于警戒浓度的问题。现在

试验和计算结果表明，在线FTIR的灵敏度已经达到或超过了实验室气相色谱水平。

3设备的功能与特点

（1）、基于先进的测量原理，对变压器油中氢气（H2）、乙炔（C2H2）、乙烯（C2H4）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）七种油中溶解的故障特征气体以及油中水分（H2O）实施实时的在线连续检测，且测量精度达到了实验室气相色谱的水平。

(2)、在线监测故障气体的同时，可接入其它外部传感器信号，如：负荷电流、电压、环境温度、油箱顶部油温，主油箱压力释放，瓦斯保护动作等，在后端进行综合处理，以便对变压器实施全面的管理与看护。

（3）、管理可能存在潜在故障的变压器，监测故障演变，采取及时有效的防护措施，减少和避免非计划停运时间，延长设备的使用年限。

（4）、安装方便、维护量少，不需要载气，整体具备可移动性，其功能相当于一个可移动的色谱分析实验室。

（5）、先进的温度控制技术，通过内部的空气调节和加热器，保证整个设备在户外正常工作（工作环境温度-40°C—+45°C）

（6）、设备整体各部分元件工艺先进可靠，均达到GE公司技术质量标准，并且通过抗

射频干扰，抗电磁干扰及振动试验，可满足各种现场环境稳定工作要求。

（7）、后端分析软件功能强大，通过基于IEC、IEEE或GE等标准的分析模型，专家分析系统可对变压器的整个运行管理过程提出切实有效的建议。

（8）、开放式的通讯接口，可通过拨号、以太网或光纤方式与用户局域网或广域网相联，实现多种通讯方案。

4结束语

通用电气公司（GE）出品的法拉第TNU变压器在线监测与诊断系统，以其先进的测量原理—傅里叶红外变换（FTIR）技术，稳定可靠的元件工艺水平，及时准确的数据反应，代表了当今国际上变压器色谱在线分析的最高水平。同时也赢得了世界范围内用户的一致好评，在我国的台湾省2001年安装了2台，2002年又一次追加了15台，就是一个很好的例证。法拉第系统通过其后端强大的人工智能专家分析软件，提供了比传统气相色谱更及时、准确和丰富的数据，对于提高变压器的综合管理水平，降低事故风险率，提高变压器状态检修水平都有重要的意义。