变压器油色谱在线监测系统的分析

变压器油色谱在线监测系统的分析

宋励夫

国网山西省电力公司检修分公司，山西太原 030000

摘要：电力变压器是电力系统的重要设备，其稳定程度关系着整个电力系统的运行。介绍了变压器油色谱在线监测系统的工作原理，探讨了在线监测系统的工作流程及目前存在的问题，并对其应用前景进行展望。         关键词：变压器；油色谱分析；在线监测

1 概述         色谱法(Chromatography)又叫层析法、色层法，它是一种分离技术。利用试样中各组份在色谱柱中的两相间的分配系数不同，色谱柱的两相:流动相、固定相;色谱柱中一相是不动的，叫作固定相，主要由各种色谱担体、固定液或各类吸附剂等颗粒状物质组成;另一相则是推动混合物流过此固定相的流体，叫作流动相。当气态的试样被载气带入色谱柱中运行时，这种利用在两相分配原理而使混合物中各组分获得分离的技术，称为色谱分离技术或色谱法。

2 油色谱在线监测系统的应用意义 　　绝缘油在变压器中的主要作用是绝缘和冷却。变压器在正常运行时，在电和热作用下，其绝缘油和有机绝缘材料会逐渐老化并分解出少量各种低分子的烃类和CO、CO₂等气体。当内部发生局部过热、局部放电和电弧放电等故障时，会加速上述气体的产生速度和数量。油中分解出来的气体形成气泡，在油对流、扩散时不断溶解于油中。当变压器发生严重事故时，产气量大于溶解量，便有一部分气体进入气体继电器，积到一定量时，导致气体继电器动作。通过气体继电器内部气体分析和模拟试验，发现故障性质不同、严重程度不同所产生的气体组分和气体量也不同。在故障的初期，由于温度低，产气量少且大多都溶解在油中，气体尚不足使气体继电器动作，如果能够在线实时监测分析油中气体组分、含量及发展趋势，就能及时发现变压器内部潜伏的故障类型。离线分析油中溶解气体分析多采用气相色谱仪，需取样进行。油样能代表变压器油箱本体的油，一般应在设备下部取样阀取。油样保存期不得超过4天，且必须避光保存。离线色谱分析监测手段由于采用离线方式，存在信息量太少、周期长及劳动量大等缺点。如果变压器在运行中发生内部过热、局部放电或电弧放电，势必会影响变压器正常运行，甚至发生变压器停电事故。而在变压器油中安装油气分析探头，在运行期间实时监测油中气体含量，结合变压器运行电流和油温，能够及时有效地监测变压器的运行状况。

3 变压器油色谱在线监测的原理         3.1在线监测系统的构成         变压器油色谱在线监测，能够在不影响变压器工作的同时，实时对变压器的工作情况进行监测，并将所监测的情况传递给技术人员。技术人员能够通过所传来的信息，对可能发生故障的变压器进行及时的修复与处理。变压器油色谱在线监测主要由油样的采集、分离，色谱的分离，数据的收集处理，主站单元等单元所组成。在线监测系统是由多个单元所组成的，但是最主要的是油气、色谱的分离和气体检测，所以接下来将主要对这三个单元进行详细的阐述。         3.2油气分离单元         变压器在工作的时候会产生多种气体，并被油所吸收，那么油气分离单元便好理解了。其主要就是将被油所吸收的气体分离出来，以便于气体的分析。其主要原理就是将装置转化为恒温下的真空，然后导入所收集的样本鼓泡，以此来实现油与气体的分离。         3.3色谱分离法单元         所谓的色谱分离可以简单的理解为，将气体进行分类。我们通过油气分离单元，将变压器所产生的气体从油中分离了出来，但是从有种所分离出来的气体通常是多样的，为了了解变压器的工作情况，我们需要将这些气体来进行分类，以辨别变压器是否正常工作，这些气体的分类就要通过色谱分离单元来实现。色谱分离单元的核心是色谱柱，因为各种气体的吸附能力不一样，所以能够实现气体的分类，色谱分离单元也就实现了器工作的目的。         3.4气体检测单元         气体检测单元的工作内容，我们从其名称便可以知晓，其主要是对各种气体的含量进行检测，其工作的原理是根据各种气体的不同特性，在光谱型半导体气敏检测器产生的不同的反应，来实现气体含量的监测。通过气体检测单元得到了各气体的含量，就能根据这些气体含量，来进行变压器工作状态的判断了。

4 在线油色谱监测装置关键技术分析         4.1在线监测故障诊断方法         用气相色谱分析法得到变压器油中气体成分及含量后，再对气体种类和含量作深层次的分析可以初步判断出当前变压器的运行状态。通过三比值法和大卫三角形法对变压器油中气体进行诊断和分析，可以确定变压器是否存在故障隐患及隐患类型。三值比较法源于国际电工委员会，是一种利用C₂H₂/C₂H₄、CH₄/H₂、C₂H₄/C₂H₆三种气体含量比值作为诊断的依据。气体比例范围为小于0.1、大于0.1且小于1、大于1且小于3、大于3，在范围内用气体比率代码表示，形成编码规则，然后对照三比值法与变压器的对应关系表，可以初步判断变压器状态：无故障、低能量密度的局部放电、高能量密度的局部放电、低能量的放电（火花）、高能量的放电（电弧）、低于150℃的热故障、150~300℃低温范围的过热故障、300~700℃中温范围的过热故障、高于700℃高温范围的过热故障，然后再用大卫三角形法进行补充诊断。大卫三角形法是通过CH

₄、C₂H₄、C₂H₂三种故障分析诊断，对特征气体三比值法的编码规则进行进一步的补充，在三比值法初步判断故障类型的基础上，用三角形表示故障区域极限值，三种放电故障和三种热故障都能在大卫三角形中找到对应的区域，中间带为放电故障和热故障的混合区。通过这种方法对三比值法进一步分析，精确判断故障类型，便于及时采取针对性的措施。         4.2检测器、色谱基线跟踪及谱峰识别技术         利用气相色谱法来对变压器气体进行检测时，首先要保证检测器的灵敏度较高，现如今一般采用的是广谱型半导体气体检测器，为了能够增加其灵敏度，会在该检测器上面加上纳米晶材料，我们可利用纳米晶独有的颗粒结构来提高气体的检测效率。变压器在线油色谱监测系统中利用色谱基线跟踪来提升定量精准度，而一般色谱基线跟踪技术会采用小波变换技术，利用这种方法对基线进行提取，可以尽可能防止色谱曲线基线出现较大的漂移，从而提高基线跟踪提取的精度。在变压器在线油色谱监测系统的谱峰识别上，现如今已经广泛采用了智能谱峰识别技术，这种技术可以在获取的色谱数据与谱图进行对比时，自动将干扰峰及数据清除，这样可以很好的提高谱峰识别的准确性。 5 结束语 由于电力需求的不断加大，我国电力企业正向大容量、大机组、高电压等级电网发展过度。变压器作为高电压、大容量电网的重要设备，在运行过程中会受到各种环境问题影响，绝缘性能也会随之下降，导致安全性降低，甚至会导致大范围停电或电力事故发生，最终造成很大的经济损失和无法挽回的事故。因此变压器线监测就显得尤为重要，他是保障电力系统安全可靠运行的先决条件。

参考文献：         [1]商超.变压器油色谱在线监测系统的分析[J].科技经济导刊，2017（27）：79.         [2]臧宁.油色谱在线监测系统在马马崖发电厂的应用研究[J].科技资讯，2017，13（29）：30-31.         [3]周科峰，叶婷.南京电网变压器油色谱在线监测的应用探讨[J].电工技术，2017（01）：33-34.