变压器油中溶解气体的在线监测技术的综述

变压器油中溶解气体的在线监测技术的综述

李薇

石家庄电力机务段李薇

摘要：介绍了变压器油中溶解气体在线监测技术的应用与研究现状，分析比较了现有的油中溶解气体在线监测技术。

关键字：变压器；油中溶解气体；在线监测引言电力机车变压器是电力系统的枢纽设备，其运行状态直接影响到整个电力系统的安全。因为变压器油中溶解气体的分析不受外界影响，并且能在不停电的情况下进行，已经成为电力系统中对油浸式变压器早期故障诊断的有效监测方法。早期采用的离线色谱检测技术，由于检测程序复杂、周期长，难以反映设备的当前状态。随着在线监测技术的发展，减少和避免了非计划断电和灾难性事故的发生，为设备检修提供科学依据[1]。

本文简要介绍了变压器油中溶解气体的产生机理，重点对溶解气体在线监测技术的方法进行了综述。

1.变压器油中的溶解气体1.1产生机理变压器油中溶解的气体主要来自大气，主要成分为氮气和氧气；变压器在正常运行条件下，都会受电场、温度、湿度以及氧气的长时间作用发生速度缓慢的老化，其内部的绝缘材料会因热分解产生氢气（H2）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）和烃类气体；当变压器内部存在过热或放电故障时，绝缘介质会发生热裂解，主要产生一氧化碳、二氧化碳和低分子烃类物质；此外，在变压器油的精制过程、运输过程等都会产生气体，并通过与油接触而溶解于油中。

1.2溶解气体与变压器内部故障的关系变压器油和固体绝缘材料在热和电磁的作用下，将产生各种气体，这些气体要溶解于油中，对中各种气体进行分析，就可判断变压器故障。如：1.2.1热性故障当固体材料局部过热时，就会产生CO和CO2，且CO/CO2>10，当变压器油局部过热时会产生大量的乙烯和甲烷。

1.2.2电性故障绕组匝间、层间出现的绝缘击穿，电弧放电、火花放电和局部放电[2，3]主要产生：氢气（H2），乙炔（C2H2），其次是乙烯（C2H4）和甲烷（CH4）。

2.变压器油中溶解气体在线监测的方法变压器油中溶解气体的在线监测技术主要分为油气分离和气体在线检测，前者常用的方法有薄膜透气法和抽真空取气法；后者又分为单组分气体在线监测和多组分气体在线监测。

2.1油气分离技术（1）薄膜透气法该法基于气体的扩散原理：使用时只能渗透气体分子而不能渗透油的高分子膜，利用膜两侧（变压器油和气室）气体压力的不平衡性，使气体自动从油中向气室扩散，进而实现油气分离。可用于油气分离的渗透膜主要是高分子聚合物分离膜，有聚酰亚胺，聚六氟乙烯和聚四氟乙烯等。

大量测试结果表明，聚四氟乙烯的透气性好，又有良好的机械性能和耐油，耐高温等诸多优点。现被普遍作为油中溶解气体在线检测仪上的透气膜。

（2）抽真空取气法现有的用于变压器油中溶解气体在线监测装置中的抽真空取气法有两种方式：波纹管法和真空泵脱气法。前者利用小型电机带动波纹管反复压缩!多次抽真空，将油中溶解气体抽出来，其缺点是积存在波纹管空隙里的残油很难完全排除，污染下一次检测时的的会油样。

2.2气体的在线检测2.2.1单组分的在线监测技术单组分气体在线监测主要检测氢气和微水等某一特征气体或总的可燃气体含量。由于单组气体在线监测可提供的气体组分信息有限!它只适合在现场做初步的故障分析。

2.2.2多组分的在线监测技术现阶段国内外对变压器油中溶解的多组分气体的监测技术主要分为以下几大类：（1）气相色谱法该法是目前使用最广泛和最有效的气体分析法。它是通过色谱柱中的固定相对不同气体组分的亲和力不同，在载气推动下，经过充分的交换，不同组分得到了分离，经分离后的气体通过检测器转换成电信号，通过A/D釆样后，将流出物中各组分及其浓度的变化依次记录下来，即可得到色谱图。此法若用于在线监测，必须解决好自动油中脱气、在线气体分离和检测等问题。

（2）传感器阵列法该法是采用多个气体敏感传感器组合在一起，形成阵列，因为不同传感器对不同的气体敏感的程度不同，而气体传感是复杂的交叉敏感，故结合模式识别技术如BP神经网络灰色理论等，形成气体辨识系统，建立各种气体组分浓度与传感器阵列响应的对比关系，消除交叉敏感的影响。其缺点在于，传感器漂移的积累误差对测量结果影响很大，并且标定过程极为复杂。因此使用该法进行变压器油中溶解气体的来精确定性和定量分析时，必须先解决好气体的测量灵敏度、准确度和数据重复性等问题。

（3）傅立叶变换红外光谱法该法是利用光的干涉原理来测量置于迈克尔逊干涉光路中的待测溶解气体，首先要移动动镜，并由探测器得到强度不断变化的背景和样品的干涉波，其次再经傅立叶变换后得到红外光谱图，最后利用谱图分析方法对变压器油中多种溶解气体进行定性和定量分析。该法的优点在于不消耗载气、色谱柱等易耗品，不需复杂的气路控制回路，灵敏度较高。但也存在因红外区不能吸收H2，故该法不能检测H2的不足。

（4）光声光谱法该法是利用气体的光声效应，通过检测溶解气体分子吸收电磁辐射（如红外线）后温度升高，随即又以释放热能的方式推激，释放出的热能使气体产生成比例的压力波，压力波的强度与气体的浓度成比例。再由敏感元件检测，并配合锁相放大等技术，就能得到反映物质内部结构及成分含量的光声光谱。

与其它光谱技术相比，该测量法的优点在于样品吸收光能的大小，反射、散射光等对测量干扰性很小，进而提高了测量的准确度。另外，由于其光声室容积较小（2～3mL），有利于提高油气分离的效率。

3.结语变压器油中溶解气体在线监测的最终目标是快速、精准和实时检测。这将有利于对变压器运行状态进行在线评估。不同原理的在线监测系统各有特色，但总体来说，变压器油中溶解气体在线监测装置较离线监测而言，存在着如下的优势：3.1没有人为干预，减小误差。2.减轻人力负担，节省检修费用3.避免了由十离线检修间隔时间长所造成的变压器重大故障发生的隐患。4.反映运行趋势，预测可能发生的故障根据在线检测所得到的数据，结合专业知识，很容易判断变压器运行趋势，从而预测变压器可能发生的故障。此外，在线监测也有如下特点：1.要求仪器可靠性高，要长期稳定运行；2.必须尽可能的靠近流动处安装，以便快速检测因内部故障产生的气体；3.在线监测仅仅是初期诊断，当发出警报时，仍应立即取样进行分析；4.在线监测要求有一定的自动化程度，要求检测仪的信号处理技术小型化、智能化等；5.造价一定要低，在线监测的目的是保证变压器的安全运行，取得经济实效。总之，变压器油中溶解气体的在线监测是普查和日常监视的一个重要手段，它可以提供故障的初步信息，有利于突发性故障现场检测定性，具有较好的灵活性和实用性。

参考文献：[1]钱旭耀变压器油及相关故障诊断处理技术北京：中国电力出版社，2006[2]廖怀东，变压器油色谱分析及故障判断.高电压技术，2006.1，32（1）：112-113[3]彭宁云，文习山，陈超强.气相色谱分析诊断变压器潜伏性故障.高电压技术，2002，28（8）：22-26