在線氣相色譜柱柱效判斷與自修復裝置系統(tǒng)

曹玲燕 楊志勇 李志軍

（國電南京自動化股份有限公司）

0 引言

目前，國內(nèi)外大型電力變壓器普遍是充油式變壓器。變壓器長期運行時，其內(nèi)部的絕緣紙和絕緣油在外界電、熱、機械應(yīng)力等作用下會發(fā)生老化、裂解，產(chǎn)生CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2等特征氣體，生成的氣體將溶解于絕緣油中［1］。通過對變壓器油中溶解氣體的種類、含量以及產(chǎn)氣速率進行分析，可以判斷出變壓器故障的性質(zhì)和類型［2］。

油中溶解氣體檢測技術(shù)分為離線式檢測和在線式檢測兩種。離線式檢測通常采用氣相色譜法，雖然具有分離效率高、選擇性好等優(yōu)點，但是由于檢測周期長、操作繁瑣、無法實時掌握變壓器的運行狀態(tài)等弊端，離線式檢測逐漸被在線式檢測所替代［3］。變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測技術(shù)能夠?qū)崟r掌握油中溶解氣體的組分和含量，隨時掌握變壓器的運行狀態(tài)，對故障進行自動診斷，從而發(fā)現(xiàn)潛伏性故障或者早期故障，及時進行故障處理，對于保證電網(wǎng)的可靠運行具有重大意義［4］。

對于采用氣相色譜原理的變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置，需要通過色譜柱對特征氣體進行分離。色譜柱經(jīng)過長時間使用或者不正常的進樣，容易造成樣品中強保留物質(zhì)逐漸在色譜柱中積累，表現(xiàn)為色譜峰形變差、展寬、不對稱、拖尾還有柱效下降等，進而影響色譜數(shù)據(jù)的準確性，造成誤報漏報［5］?，F(xiàn)場更換色譜柱，不僅降低裝置的運行效率，而且提高裝置的運行成本，因此對色譜柱的柱效進行判斷和修復處理就顯得很有必要，在一定程度上，能節(jié)約的經(jīng)濟效益很可觀。

1 在線氣相色譜柱柱效判斷與自修復系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)包括一個色譜柱柱效判斷分析系統(tǒng)、時序控制器、反吹掃修復回路、柱效自修復回路。柱效分析系統(tǒng)根據(jù)在線色譜裝置采集的色譜圖，進行分離效果判斷，分析出柱效效果；通過時序控制器切換正常檢測和自修復兩種狀態(tài)下的運行過程；反吹掃修復回路和柱效自修復回路控制中，因針對的情況不同，溫度和吹掃氣體流量的控制上，有所區(qū)別。

1.1 色譜柱柱效判斷分析系統(tǒng)

色譜柱柱效判斷分析系統(tǒng)可根據(jù)在線色譜裝置采集的色譜圖，預(yù)設(shè)定突發(fā)性柱效分析閾值，當閾值觸發(fā)，判斷色譜柱柱效，如果出現(xiàn)突然性的柱效降低，可判斷為使用不當，有污染物干擾，啟動裝置反吹掃修復功能；長時間的正常運行后定期啟動時序控制，進入色譜柱柱效判斷自檢分析流程，如發(fā)現(xiàn)柱效降低，啟動色譜柱柱效自修復流程。

1.2 時序控制器

時序控制器在突發(fā)閾值報警后，可立即啟動反吹掃修復回路，進行修復；較長時間運行后，根據(jù)預(yù)設(shè)定周期自啟動柱效判斷分析系統(tǒng)。

1.3 反吹掃修復回路和柱效自修復回路

反吹掃修復回路和柱效自修復回路控制涉及的硬件裝置有溫度控制系統(tǒng)、載氣閥、穩(wěn)壓閥、壓力傳感器、入口三通電磁閥、定量管、色譜柱、氣體檢測器、出口三通電磁閥。對于突發(fā)性色譜柱柱效降低，判斷為污染物干擾，溫度控制系統(tǒng)維持正常工作溫度水平，啟動反吹掃功能，在進行每三次吹掃后，進行一次柱效判定，如已達到預(yù)定柱效，則返回正常檢測程序；如未達到預(yù)定柱效，則繼續(xù)進行吹掃，再判定。對于較長時間的正常運行后，定期檢查發(fā)現(xiàn)的柱效降低情況，暫停正常氣體檢測功能，溫度控制系統(tǒng)提升溫度，保持在一定溫度后，啟動入口三通電磁閥，自調(diào)節(jié)定量管流量，穩(wěn)壓閥，讓載氣保持在較高流速下對色譜柱進行反吹掃；三次吹掃后，降溫、降壓，再低速吹掃一次；正常狀態(tài)進行檢測，檢驗柱效；如未達到預(yù)定柱效，則重復上述過程。

2 在線氣相色譜柱柱效判斷與自修復系統(tǒng)工作流程

2.1 在線氣相色譜柱柱效判斷與自修復系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如圖1所示，與現(xiàn)有技術(shù)相同的是裝置包含載氣閥（6）、穩(wěn)壓閥（7）、壓力傳感器（8）、色譜柱（10）、氣體檢測器（9）、溫度控制系統(tǒng)（3），與現(xiàn)有技術(shù)所不同的是增加了色譜柱柱效判斷分析系統(tǒng)（1）、時序控制器（2）、入口三通電磁閥（4）、出口三通電磁閥（5）及管路。所述載氣閥（6）OUT接口與穩(wěn)壓閥（7）入口通過不銹鋼管連接，穩(wěn)壓閥（7）出口分別與壓力傳感器（8）、出口三通電磁閥（5）NO接口、入口三通電磁閥（4）NC接口通過不銹鋼管連接，出口三通電磁閥（5）IN接口與六通閥（1）Ⅴ接口通過不銹鋼管連接，六通閥（11）接口Ⅲ、Ⅵ通過不銹鋼管連接，六通閥（1）接口Ⅳ與色譜柱（3）入口通過不銹鋼管連接，色譜柱（10）出口與氣體檢測器（9）入口通過不銹鋼管連接，氣體檢測器（9）出口與入口三通電磁閥（4）IN接口通過不銹鋼管連接。所述載氣閥、壓力傳感器、入口三通電磁閥、六通閥、氣體傳感器、出口三通電磁閥、色譜柱溫度控制系統(tǒng)均與時序控制器連接。

圖1 在線氣相色譜柱柱效判斷與自修復系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 在線氣相色譜柱柱效判斷與自修復系統(tǒng)工作過程

裝置正常檢測流程與現(xiàn)有技術(shù)相同，控制器得到啟動命令后載氣閥（6）通電、溫度控制系統(tǒng)（3）啟動，載氣依次通過載氣閥（6），經(jīng)過穩(wěn)壓閥（7）穩(wěn)定壓力后進入壓力傳感器（8）、六通閥（11）、色譜柱（10）、氣體檢測器（9）然后排空，控制器得到進樣命令后，切換六通閥（1），將定量管（12）內(nèi)樣氣切換進入氣路系統(tǒng)，樣氣經(jīng)過色譜柱（10）分離后進入氣體檢測器（9），然后氣體檢測器（9）將信號輸出到信號采集單元，采集結(jié)束后，控制器依次關(guān)閉載氣閥（6）、溫度控制系統(tǒng)（3）、六通閥（11）復位。色譜柱柱效判斷與自修復流程，首先色譜柱柱效判斷分析系統(tǒng)（1）通過對在線色譜裝置采集的色譜圖分析，判斷色譜峰形是否出現(xiàn)變差、展寬、不對稱、拖尾等現(xiàn)象，預(yù)設(shè)定突發(fā)性柱效分析閾值，當閾值觸發(fā)，判斷色譜柱柱效；在裝置正常檢測過程中如果出現(xiàn)突然性的柱效降低，可判斷為使用不當，有污染物干擾，啟動裝置反吹掃修復功能：在進行三次吹掃后，進行一次柱效判定，如已達到預(yù)定柱效，則返回正常檢測程序；如未達到預(yù)定柱效，則繼續(xù)進行吹掃，再判定；長時間的正常運行后定期啟動時序控制，色譜柱柱效判斷分析系統(tǒng)（1）進入自檢分析流程，如發(fā)現(xiàn)柱效降低，時序控制器（2）啟動色譜柱柱效自修復流程，暫停正常氣體檢測功能，啟動溫度控制系統(tǒng)（3）提升溫度，保持在一定溫度后，入口三通電磁閥（4）通電、出口三通電磁閥（5）通電，載氣通過載氣閥（6）、穩(wěn)壓閥（7）穩(wěn)壓后，進入壓力傳感器（8）、入口三通電磁閥（4）、氣體檢測器（9）、色譜柱（10）、出口三通電磁閥（5），重復以上三次高溫高壓吹掃后，溫度控制系統(tǒng)（3）降溫、穩(wěn)壓閥（7）降壓，再低速吹掃一次；排空后，色譜柱柱效自修復流程結(jié)束后，時序控制器（2）依次關(guān)閉載氣閥（6）、溫度控制系統(tǒng)（3）、入口三通電磁閥（4）、出口三通電磁閥（5）。正常狀態(tài)進行檢測，色譜柱柱效判斷分析系統(tǒng)，檢驗柱效；如未達到預(yù)定柱效，則重復上述過程。

3 應(yīng)用效果

該裝置系統(tǒng)由江蘇國電南自海吉科技有限公司獨立研制，并于2019年5月～2020年12月期間進行新一代的升級，2020年12月通過江蘇省經(jīng)濟和信息化委員會新產(chǎn)品鑒定，鑒定結(jié)論為該產(chǎn)品整體技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平。結(jié)合該裝置系統(tǒng)近三年在運情況進行分析。圖2～圖6分別為該裝置系統(tǒng)的2019年3月、2019年9月、2020年3月、2021年3月、2022年3月在線運行色譜分析圖。

圖2 該裝置2019年3月在線運行色譜分析圖

圖6 該裝置2022年3月在線運行色譜分析圖

圖4 該裝置2020年3月在線運行色譜分析圖

圖5 該裝置2021年3月在線運行色譜分析圖

根據(jù)該裝置系統(tǒng)近三年的在線運行色譜分析圖可知，近三年來，針對同一種油樣（油樣變化不大）：色譜峰形狀基本保持一致，沒有發(fā)生明顯的形變；色譜峰的峰寬基本上一致，沒有出現(xiàn)峰展寬現(xiàn)象；色譜峰均未出現(xiàn)前延峰和拖尾峰，基本都保持對稱；色譜柱的柱效未出現(xiàn)明顯的下降現(xiàn)象。整體而言，該裝置系統(tǒng)具有優(yōu)良的色譜柱柱效判斷與自修復功能，色譜數(shù)據(jù)準確性高，沒有出現(xiàn)誤報漏報現(xiàn)象，減少了對裝置的維護，延長了色譜柱使用壽命。

4 結(jié)束語

本文介紹一種由色譜柱柱效判斷分析系統(tǒng)、時序控制器、反吹掃修復回路、柱效自修復回路組成的在線氣相色譜柱柱效判斷與自修復裝置系統(tǒng)。該裝置系統(tǒng)能有效地進行色譜柱柱效判斷與自修復，提高長期運行狀態(tài)下色譜柱的準確性，減少對色譜柱的更換，有效地提高色譜柱的使用壽命，提高變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置的可靠性與有效性。