變壓器在線色譜監(jiān)測(cè)裝置的應(yīng)用分析

勞永闖，何燕

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司紹興供電公司，浙江紹興312000）

變壓器在線色譜監(jiān)測(cè)裝置的應(yīng)用分析

勞永闖，何燕

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司紹興供電公司，浙江紹興312000）

簡(jiǎn)述了在線色譜監(jiān)測(cè)裝置的類型及其相關(guān)檢測(cè)原理，將中分3000型在線色譜監(jiān)測(cè)裝置與實(shí)驗(yàn)室色譜儀進(jìn)行比較，并通過應(yīng)用實(shí)例分析，指出在線色譜監(jiān)測(cè)技術(shù)在變壓器狀態(tài)檢修和運(yùn)行監(jiān)測(cè)中的重要性，最后對(duì)在線色譜監(jiān)測(cè)裝置的選用提出了一些建議。

變壓器；在線色譜監(jiān)測(cè)；狀態(tài)檢修；應(yīng)用

0 引言

變壓器狀態(tài)評(píng)估的關(guān)鍵是狀態(tài)信息的收集，變壓器的運(yùn)行工況信息可通過巡視檢查和定期試驗(yàn)項(xiàng)目獲得。但是，日常巡視和常規(guī)測(cè)量技術(shù)無法確保信息的及時(shí)性。

利用氣相色譜法分析變壓器油中的溶解氣體組分含量，是故障診斷最靈敏和有效的方法。從變壓器中提取油樣進(jìn)行化學(xué)分析，由專家進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，試驗(yàn)環(huán)節(jié)較多，操作手續(xù)較繁瑣，監(jiān)測(cè)周期較長(zhǎng)。診斷變壓器內(nèi)部是否存在異?；蚬收希柽M(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)跟蹤分析其發(fā)展?fàn)顩r和產(chǎn)氣增長(zhǎng)速率，因此該方法存在著一定的局限性，很容易因色譜監(jiān)督不到位而造成變壓器事故，而且難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)類似匝間絕緣缺陷等突發(fā)性故障。

在線色譜監(jiān)測(cè)裝置能夠收集變壓器在投運(yùn)、運(yùn)行、維護(hù)、檢修、試驗(yàn)時(shí)的數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)信息，通過和靜態(tài)信息的組合分析，描繪出變壓器油的變化趨勢(shì)。無論是單一氫報(bào)警設(shè)備還是多組分多功能的在線監(jiān)測(cè)裝置，數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性和可靠性得到不斷提高，整機(jī)性能也越來越穩(wěn)定，因此在線色譜監(jiān)測(cè)裝置在變壓器狀態(tài)檢修中得到了廣泛的應(yīng)用。

1 在線色譜監(jiān)測(cè)裝置的作用

1.1 變壓器運(yùn)行狀態(tài)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

變壓器油中溶解氣體的在線色譜監(jiān)測(cè)裝置，主要包括油中氣體組分含量的檢測(cè)和故障的診斷兩大部分。

在線色譜監(jiān)測(cè)的任務(wù)是檢測(cè)油中溶解氣體的組分含量和變化趨勢(shì)，了解和掌握變壓器的運(yùn)行狀態(tài)，結(jié)合在線其他監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，如局部放電等，對(duì)變壓器運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，判斷其處于正?；蚍钦顟B(tài)。對(duì)狀態(tài)給予顯示、存儲(chǔ)，對(duì)異常狀態(tài)超值報(bào)警，以便及時(shí)給予處理，并為變壓器的故障分析診斷提供基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)。

1.2 變壓器故障的初步診斷

故障診斷的任務(wù)是根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)獲得的在線信息，利用專家系統(tǒng)結(jié)合變壓器自身的結(jié)構(gòu)特性、參數(shù)及運(yùn)行環(huán)境、運(yùn)行歷史信息等，對(duì)變壓器已發(fā)生或可能發(fā)生的故障進(jìn)行判斷，確定故障的性質(zhì)、類別、程度、原因、故障發(fā)生和發(fā)展的趨勢(shì)，提出控制故障繼續(xù)發(fā)展和維修的對(duì)策。

1.3 指導(dǎo)變壓器狀態(tài)維修

目前變壓器的定期預(yù)防性檢修制度，雖然對(duì)預(yù)防事故的發(fā)生起到很大的作用，但存在過剩維修或不足維修的問題。因此必須推動(dòng)執(zhí)行科學(xué)合理的狀態(tài)檢修制度，以確保變壓器安全經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。狀態(tài)檢修主要依賴于在線監(jiān)測(cè)和帶電預(yù)防性試驗(yàn)等手段，其中在線監(jiān)測(cè)技術(shù)起到了變壓器安全運(yùn)行保障第一道關(guān)口的作用，在發(fā)現(xiàn)變壓器異常后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行相關(guān)驗(yàn)證試驗(yàn)。

2 目前常用的在線色譜監(jiān)測(cè)裝置

2.1 北京中能監(jiān)測(cè)裝置

主要使用有HYDRAN2010與201Ti兩種型號(hào)，其工作原理是：油中溶解氣體經(jīng)過可選擇性的滲透膜進(jìn)入電化學(xué)氣體檢測(cè)器（傳感器），在檢測(cè)器里，H2，CO，C2H2，C2H4氣體與空氣中的O2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生一個(gè)與反應(yīng)速率成比例的電信號(hào)，從而測(cè)出氣體濃度。由于只對(duì)單組分H2和可燃?xì)饪偭繖z測(cè)，因此對(duì)有異常或故障的設(shè)備的跟蹤及故障性質(zhì)的判斷不可能達(dá)到理想效果，實(shí)現(xiàn)不了真正意義的在線監(jiān)測(cè)，只能作為故障初期的警報(bào)。

同時(shí)，因使用膜結(jié)構(gòu)油氣分離技術(shù)，因此平衡時(shí)間長(zhǎng)，且不同故障氣體的平衡時(shí)間差別很大，難以按照亨利系數(shù)求出油中氣體體積的實(shí)時(shí)值，因此當(dāng)油中氣體體積分?jǐn)?shù)變化時(shí)，測(cè)量值不能正確跟蹤實(shí)際變化。在使用中，也發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定性不是很好，多次出現(xiàn)C2H2與H2異常誤報(bào)警。

2.2 寧波理工監(jiān)測(cè)裝置

目前主要使用的監(jiān)測(cè)裝置型號(hào)為MGA2000-6E。利用毛細(xì)管平衡滲透原理進(jìn)行油氣分離，經(jīng)色譜柱對(duì)組分進(jìn)行分離，檢測(cè)裝置探頭采用納米晶半導(dǎo)體材料添加稀有金屬制作，由于納米晶半導(dǎo)體材料具有松散的顆粒結(jié)構(gòu)，利于氣體的迅速擴(kuò)散，從而提高了檢測(cè)器響應(yīng)速度和檢測(cè)靈敏度，可完成H2，CO，CH4，C2H4，C2H2，C2H66種組分的檢測(cè)。由于其外接氣源與本體油路是分開的，因此不會(huì)影響本體油質(zhì)，可以做到不耗油、不污染油質(zhì)。

油氣分離是利用毛細(xì)管平衡滲透原理，使油氣接觸面積比一般平板膜大1 000倍以上，油氣分離速度得到大幅提高。但由于滲透膜存在因表面污染、膜溶脹及膜老化等因素引起滲透率不穩(wěn)定問題，使用一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)油氣平衡時(shí)間會(huì)較長(zhǎng)，測(cè)試含量較少的氣體時(shí)，存在一定的不穩(wěn)定性。

2.3 上海思源監(jiān)測(cè)裝置

主要型號(hào)為TROM-600，應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測(cè)原理，真空脫氣方式進(jìn)行油氣分離，采用思源公司專用研發(fā)并用特殊材料制造的色譜柱作為特征氣體分離的主要元件，用可燃性氣體傳感器對(duì)通過色譜柱的氣體進(jìn)行檢測(cè)，能分析H2，CO，CH4，C2H6，C2H4，C2H26種氣體。由于利用真空脫氣技術(shù)，因此不會(huì)影響本體油質(zhì)，可以做到不耗油、不污染油質(zhì)。不足之處是監(jiān)測(cè)靈敏度有待進(jìn)一步提高。

2.4 GE Kelman監(jiān)測(cè)裝置

主要型號(hào)Transfix，應(yīng)用動(dòng)態(tài)頂空平衡脫氣技術(shù)進(jìn)行油氣分離，采用英國(guó)Kelman公司專利的光聲光譜檢測(cè)技術(shù)，運(yùn)用穩(wěn)定可靠的光聲光譜檢測(cè)模塊，實(shí)現(xiàn)非接觸性檢測(cè)。對(duì)氣體無消耗，也無需分離氣體，不同氣體的成分和含量可直接通過光譜分析確定。測(cè)量精度高，檢測(cè)速度快，具有重復(fù)性和再現(xiàn)性，可分析H2，CO，CO2，CH4，C2H6，C2H4，C2H，O28種溶解氣體和H2O的含量，是新一代的油中溶解氣體及微水在線檢測(cè)裝置，但其高透過率的濾光片對(duì)油蒸汽污染敏感，影響檢測(cè)精度。

2.5 氦離子化檢測(cè)裝置

PDHID（氦離子化檢測(cè)裝置）的多組分油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置，可將油中溶解氣體組分的檢測(cè)限提高到10×10-9V/V或0.01 μL/L的水平，優(yōu)于實(shí)驗(yàn)室色譜儀的最低檢知濃度要求（0.1 μL/L），有利于及早檢出變壓器的局部放電性故障。

高性能多組分色譜在線監(jiān)測(cè)裝置根據(jù)色譜原理，經(jīng)過真空脫氣分離技術(shù)，以He作為載氣，經(jīng)過色譜柱后，利用高壓脈沖氦離子化檢測(cè)器，檢測(cè)變壓器油中H2，CO，CO2，CH4，C2H6，C2H4，C2H2溶解氣體組分，相比熱導(dǎo)檢測(cè)器和半導(dǎo)體檢測(cè)器的油在線色譜監(jiān)測(cè)裝置，具有靈敏度高、檢測(cè)速度快和可檢測(cè)氣體組分多的特點(diǎn)，目前該類色譜監(jiān)測(cè)裝置在浙江省電力系統(tǒng)中還未有應(yīng)用。

3 河南中分3000型在線色譜監(jiān)測(cè)裝置的應(yīng)用實(shí)例

3.1 裝置工作原理

中分3000型在線色譜監(jiān)測(cè)裝置（簡(jiǎn)稱在線監(jiān)測(cè)裝置）采用實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測(cè)原理，應(yīng)用動(dòng)態(tài)頂空脫氣技術(shù)進(jìn)行油氣分離，用N2作載氣，經(jīng)高效色譜柱分離，利用高靈敏微橋式檢測(cè)器檢測(cè)H2，CO，CO2，CH4，C2H4，C2H2，C2H67種氣體。

變壓器安裝2路油管與在線監(jiān)測(cè)裝置相連，一路進(jìn)油管經(jīng)油氣分離裝置脫氣處理，然后在儲(chǔ)油桶中經(jīng)真空脫氣，通過另一路回油管流回變壓器內(nèi)，整個(gè)過程做到了不耗油、不污染油質(zhì)。油氣分離采用動(dòng)態(tài)頂空法，脫出的氣體經(jīng)載氣進(jìn)入色譜柱分離，可實(shí)現(xiàn)7種組分分離，分離后的組分通過微橋式檢測(cè)器檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)可以通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)或RS4585有線傳輸至客戶端，且可以通過MIS（管理信息系統(tǒng)）局域網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，為技術(shù)部門及時(shí)掌握監(jiān)測(cè)結(jié)果提供支持。

3.2 與實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)比較

在中分3000型在線監(jiān)測(cè)裝置安裝到主變壓器（簡(jiǎn)稱主變）之前，對(duì)在線監(jiān)測(cè)裝置的檢測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)室色譜儀測(cè)得的數(shù)據(jù)（簡(jiǎn)稱實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)）進(jìn)行了對(duì)比，通過對(duì)不同濃度的油樣試驗(yàn)比較，發(fā)現(xiàn)該在線監(jiān)測(cè)裝置分析精度基本符合要求。表1為實(shí)驗(yàn)室色譜儀與在線監(jiān)測(cè)裝置測(cè)得數(shù)據(jù)的對(duì)比情況。

3.3 在線色譜監(jiān)測(cè)裝置應(yīng)用實(shí)例

110 kV鳳林2號(hào)主變?cè)诰€監(jiān)測(cè)時(shí)段為2010年7月17日—2010年11月1日，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行正常穩(wěn)定。在線監(jiān)測(cè)裝置開始時(shí)以每4 h為周期進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，運(yùn)行一段時(shí)間后以1天為周期，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過無線方式實(shí)時(shí)傳輸給實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)，從監(jiān)測(cè)的結(jié)果看各個(gè)組分?jǐn)?shù)據(jù)相對(duì)穩(wěn)定，無較大變動(dòng)，并且與實(shí)驗(yàn)室分別在7月、11月兩次測(cè)得數(shù)據(jù)基本相符。說明在線監(jiān)測(cè)裝置能比較好地實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)功能，表2為具體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

500 kV蘭亭3號(hào)主變的在線監(jiān)測(cè)裝置于2009年11月12日開始投運(yùn)，明顯監(jiān)測(cè)到C2H2組分有增長(zhǎng)趨勢(shì)，監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)基本相符，說明在線監(jiān)測(cè)裝置能比較正確地反映變壓器內(nèi)氣體組分的情況。表3為蘭亭3號(hào)主變A相在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)室的部分?jǐn)?shù)據(jù)。2010年1月9日，根據(jù)監(jiān)測(cè)情況對(duì)主變A相進(jìn)行了更換，及時(shí)排除了故障。

表1 實(shí)驗(yàn)室色譜儀與在線監(jiān)測(cè)裝置測(cè)得的數(shù)據(jù)比較μL/L

表2 鳳林2號(hào)主變實(shí)驗(yàn)室色譜儀與在線監(jiān)測(cè)裝置測(cè)得的數(shù)據(jù)比較μL/L

110 kV漓渚1號(hào)主變的在線監(jiān)測(cè)裝置于2007年12月24日開始投入使用，起初監(jiān)測(cè)到C2H2一直維持在3 μL/L左右。2008年2月22日?qǐng)?bào)警C2H2突發(fā)性異常增長(zhǎng)，同日進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室分析驗(yàn)證，確認(rèn)在線監(jiān)測(cè)裝置屬于正確報(bào)警，后經(jīng)檢查為分接開關(guān)滲漏引起，及時(shí)排除了故障。表4為漓渚1號(hào)主變?cè)诰€監(jiān)測(cè)裝置和實(shí)驗(yàn)室色譜儀測(cè)得的部分?jǐn)?shù)據(jù)，圖1為在線監(jiān)測(cè)裝置測(cè)得C2H2組分的變化趨勢(shì)。

圖1 監(jiān)測(cè)C2H2組分的變化趨勢(shì)

3.4 中分3000型在線色譜裝置的應(yīng)用分析

從以上監(jiān)測(cè)的情況來看，在線監(jiān)測(cè)裝置與實(shí)驗(yàn)室色譜儀兩者檢測(cè)的CH4，C2H2及總烴等多種組分含量基本一致，個(gè)別組分相對(duì)差較大，可能是由于實(shí)驗(yàn)室采用的標(biāo)準(zhǔn)氣有所差異或標(biāo)油與被測(cè)試油油質(zhì)不同。但從縱向分析，可以發(fā)現(xiàn)二者的變化趨勢(shì)一致，所以在線監(jiān)測(cè)裝置與實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)反映的故障趨勢(shì)是一致的，不影響結(jié)果的分析。且在線監(jiān)測(cè)裝置每次檢測(cè)的原始譜圖基線平穩(wěn)，峰型清晰，出峰時(shí)間穩(wěn)定，說明運(yùn)行穩(wěn)定。圖2為其中一次檢測(cè)色譜圖。

圖2 檢測(cè)色譜

表3 蘭亭3號(hào)主變A相在線監(jiān)測(cè)裝置與實(shí)驗(yàn)室色譜儀測(cè)得數(shù)據(jù)的比較μL/L

表4 漓渚1號(hào)主變?cè)诰€監(jiān)測(cè)裝置與實(shí)驗(yàn)室色譜儀測(cè)得數(shù)據(jù)的比較μL/L

在線監(jiān)測(cè)裝置安裝、調(diào)試方便，從鳳林2號(hào)主變移機(jī)到蘭亭3號(hào)主變，當(dāng)天就能完成。數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)且可以通過MIS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，為技術(shù)部門及時(shí)掌握監(jiān)測(cè)結(jié)果提供支持。同時(shí)還具備設(shè)定手機(jī)發(fā)送短消息功能。

4 建議與結(jié)論

變壓器在線色譜監(jiān)測(cè)裝置的應(yīng)用必將越來越廣泛，但在選擇時(shí)應(yīng)充分考慮產(chǎn)品的性能指標(biāo)，建議選擇所用檢測(cè)原理與實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)方法一致的產(chǎn)品，避免使用性能不穩(wěn)定的產(chǎn)品。應(yīng)具有較高的檢測(cè)精度和足夠小的檢測(cè)量；有較小的檢測(cè)周期，以保證真正意義上的在線；數(shù)據(jù)處理正確、真實(shí)；抗干擾能力強(qiáng)，不受強(qiáng)電場(chǎng)和環(huán)境溫度變化影響；裝置與變壓器安裝連接可靠、方便，分析過程能反映本體油質(zhì)情況，且不影響、損耗本體油質(zhì)。

實(shí)際應(yīng)用證明，優(yōu)良的變壓器油中溶解氣體在線色譜監(jiān)測(cè)裝置是對(duì)色譜分析的一個(gè)有益而必要的補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)提供變壓器運(yùn)行狀態(tài)分析數(shù)據(jù)。特別是在變壓器設(shè)備不斷增加，檢修模式又向狀態(tài)檢修發(fā)展的情況下，充分利用在線裝置的“在線”作用顯得尤為重要。

[1]GB/T 7252-2001變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則[S].北京：中國(guó)電力出版社，2001.

[2]錢旭耀.變壓器油及相關(guān)故障診斷處理技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006.

[3]鄭東升.國(guó)家電網(wǎng)公司生產(chǎn)技能人員職業(yè)能力培訓(xùn)教材油務(wù)化驗(yàn)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2010.

（本文編輯：陸瑩）

Application Analysis of Transformer On-line Chromatograph Monitor

LAO Yongchuang，HE Yan
（State Grid Shaoxing Power Supply Company，Shaoxing Zhejiang 312000，China）

This paper briefly describes types and relevant testing principles of the on-line chromatograph monitors.By comparing Zhongfen-3000 on-line chromatograph monitoring device with chromatograph in laboratory and analyzing application examples，this paper illustrates the importance of on-line chromatograph monitoring technology in condition-based maintenance and operation monitoring of transformer.Finally the paper puts forward suggestions for selecting and use of on-line chromatograph monitoring device.

transformer；on-line chromatograph monitoring；condition-based maintenance；application

TM715

：B

：1007-1881（2014）05-0040-05

2013-11-04

勞永闖（1969-），男，浙江紹興人，技師，工程師，主要從事電力設(shè)備油、SF6氣體絕緣監(jiān)督工作。