變壓器在線色譜監測裝置的應用分析

勞永闖，何燕

（國網浙江省電力公司紹興供電公司，浙江紹興312000）

變壓器在線色譜監測裝置的應用分析

勞永闖，何燕

（國網浙江省電力公司紹興供電公司，浙江紹興312000）

簡述了在線色譜監測裝置的類型及其相關檢測原理，將中分3000型在線色譜監測裝置與實驗室色譜儀進行比較，并通過應用實例分析，指出在線色譜監測技術在變壓器狀態檢修和運行監測中的重要性，最后對在線色譜監測裝置的選用提出了一些建議。

變壓器；在線色譜監測；狀態檢修；應用

0 引言

變壓器狀態評估的關鍵是狀態信息的收集，變壓器的運行工況信息可通過巡視檢查和定期試驗項目獲得。但是，日常巡視和常規測量技術無法確保信息的及時性。

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行化學分析，由專家進行分析和評價，試驗環節較多，操作手續較繁瑣，監測周期較長。診斷變壓器內部是否存在異?；蚬收?，需進行連續監測跟蹤分析其發展狀況和產氣增長速率，因此該方法存在著一定的局限性，很容易因色譜監督不到位而造成變壓器事故，而且難以及時發現類似匝間絕緣缺陷等突發性故障。

在線色譜監測裝置能夠收集變壓器在投運、運行、維護、檢修、試驗時的數據和動態信息，通過和靜態信息的組合分析，描繪出變壓器油的變化趨勢。無論是單一氫報警設備還是多組分多功能的在線監測裝置，數據分析的準確性和可靠性得到不斷提高，整機性能也越來越穩定，因此在線色譜監測裝置在變壓器狀態檢修中得到了廣泛的應用。

1 在線色譜監測裝置的作用

1.1 變壓器運行狀態的動態監測

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

在線色譜監測的任務是檢測油中溶解氣體的組分含量和變化趨勢，了解和掌握變壓器的運行狀態，結合在線其他監測項目，如局部放電等，對變壓器運行狀態進行評估，判斷其處于正?；蚍钦顟B。對狀態給予顯示、存儲，對異常狀態超值報警，以便及時給予處理，并為變壓器的故障分析診斷提供基礎性數據。

1.2 變壓器故障的初步診斷

故障診斷的任務是根據狀態監測獲得的在線信息，利用專家系統結合變壓器自身的結構特性、參數及運行環境、運行歷史信息等，對變壓器已發生或可能發生的故障進行判斷，確定故障的性質、類別、程度、原因、故障發生和發展的趨勢，提出控制故障繼續發展和維修的對策。

1.3 指導變壓器狀態維修

目前變壓器的定期預防性檢修制度，雖然對預防事故的發生起到很大的作用，但存在過剩維修或不足維修的問題。因此必須推動執行科學合理的狀態檢修制度，以確保變壓器安全經濟的運行。狀態檢修主要依賴于在線監測和帶電預防性試驗等手段，其中在線監測技術起到了變壓器安全運行保障第一道關口的作用，在發現變壓器異常后，應及時進行相關驗證試驗。

2 目前常用的在線色譜監測裝置

2.1 北京中能監測裝置

主要使用有HYDRAN2010與201Ti兩種型號，其工作原理是：油中溶解氣體經過可選擇性的滲透膜進入電化學氣體檢測器（傳感器），在檢測器里，H2，CO，C2H2，C2H4氣體與空氣中的O2發生化學反應，產生一個與反應速率成比例的電信號，從而測出氣體濃度。由于只對單組分H2和可燃氣總量檢測，因此對有異?；蚬收系脑O備的跟蹤及故障性質的判斷不可能達到理想效果，實現不了真正意義的在線監測，只能作為故障初期的警報。

同時，因使用膜結構油氣分離技術，因此平衡時間長，且不同故障氣體的平衡時間差別很大，難以按照亨利系數求出油中氣體體積的實時值，因此當油中氣體體積分數變化時，測量值不能正確跟蹤實際變化。在使用中，也發現穩定性不是很好，多次出現C2H2與H2異常誤報警。

2.2 寧波理工監測裝置

目前主要使用的監測裝置型號為MGA2000-6E。利用毛細管平衡滲透原理進行油氣分離，經色譜柱對組分進行分離，檢測裝置探頭采用納米晶半導體材料添加稀有金屬制作，由于納米晶半導體材料具有松散的顆粒結構，利于氣體的迅速擴散，從而提高了檢測器響應速度和檢測靈敏度，可完成H2，CO，CH4，C2H4，C2H2，C2H66種組分的檢測。由于其外接氣源與本體油路是分開的，因此不會影響本體油質，可以做到不耗油、不污染油質。

油氣分離是利用毛細管平衡滲透原理，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定問題，使用一段時間后，發現油氣平衡時間會較長，測試含量較少的氣體時，存在一定的不穩定性。

2.3 上海思源監測裝置

主要型號為TROM-600，應用實驗室監測原理，真空脫氣方式進行油氣分離，采用思源公司專用研發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通過色譜柱的氣體進行檢測，能分析H2，CO，CH4，C2H6，C2H4，C2H26種氣體。由于利用真空脫氣技術，因此不會影響本體油質，可以做到不耗油、不污染油質。不足之處是監測靈敏度有待進一步提高。

2.4 GE Kelman監測裝置

主要型號Transfix，應用動態頂空平衡脫氣技術進行油氣分離，采用英國Kelman公司專利的光聲光譜檢測技術，運用穩定可靠的光聲光譜檢測模塊，實現非接觸性檢測。對氣體無消耗，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。測量精度高，檢測速度快，具有重復性和再現性，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裝置，但其高透過率的濾光片對油蒸汽污染敏感，影響檢測精度。

2.5 氦離子化檢測裝置

PDHID（氦離子化檢測裝置）的多組分油色譜在線監測裝置，可將油中溶解氣體組分的檢測限提高到10×10-9V/V或0.01 μL/L的水平，優于實驗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測裝置根據色譜原理，經過真空脫氣分離技術，以He作為載氣，經過色譜柱后，利用高壓脈沖氦離子化檢測器，檢測變壓器油中H2，CO，CO2，CH4，C2H6，C2H4，C2H2溶解氣體組分，相比熱導檢測器和半導體檢測器的油在線色譜監測裝置，具有靈敏度高、檢測速度快和可檢測氣體組分多的特點，目前該類色譜監測裝置在浙江省電力系統中還未有應用。

3 河南中分3000型在線色譜監測裝置的應用實例

3.1 裝置工作原理

中分3000型在線色譜監測裝置（簡稱在線監測裝置）采用實驗室監測原理，應用動態頂空脫氣技術進行油氣分離，用N2作載氣，經高效色譜柱分離，利用高靈敏微橋式檢測器檢測H2，CO，CO2，CH4，C2H4，C2H2，C2H67種氣體。

變壓器安裝2路油管與在線監測裝置相連，一路進油管經油氣分離裝置脫氣處理，然后在儲油桶中經真空脫氣，通過另一路回油管流回變壓器內，整個過程做到了不耗油、不污染油質。油氣分離采用動態頂空法，脫出的氣體經載氣進入色譜柱分離，可實現7種組分分離，分離后的組分通過微橋式檢測器檢測，檢測數據可以通過GPRS無線網絡或RS4585有線傳輸至客戶端，且可以通過MIS（管理信息系統）局域網絡進行數據共享，為技術部門及時掌握監測結果提供支持。

3.2 與實驗室數據比較

在中分3000型在線監測裝置安裝到主變壓器（簡稱主變）之前，對在線監測裝置的檢測數據與實驗室色譜儀測得的數據（簡稱實驗室數據）進行了對比，通過對不同濃度的油樣試驗比較，發現該在線監測裝置分析精度基本符合要求。表1為實驗室色譜儀與在線監測裝置測得數據的對比情況。

3.3 在線色譜監測裝置應用實例

110 kV鳳林2號主變在線監測時段為2010年7月17日—2010年11月1日，整個系統運行正常穩定。在線監測裝置開始時以每4 h為周期進行在線監測，運行一段時間后以1天為周期，監測數據通過無線方式實時傳輸給實驗室計算機，從監測的結果看各個組分數據相對穩定，無較大變動，并且與實驗室分別在7月、11月兩次測得數據基本相符。說明在線監測裝置能比較好地實現在線監測功能，表2為具體監測數據。

500 kV蘭亭3號主變的在線監測裝置于2009年11月12日開始投運，明顯監測到C2H2組分有增長趨勢，監測到的數據與實驗室數據基本相符，說明在線監測裝置能比較正確地反映變壓器內氣體組分的情況。表3為蘭亭3號主變A相在線監測數據和實驗室的部分數據。2010年1月9日，根據監測情況對主變A相進行了更換，及時排除了故障。

表1 實驗室色譜儀與在線監測裝置測得的數據比較μL/L

表2 鳳林2號主變實驗室色譜儀與在線監測裝置測得的數據比較μL/L

110 kV漓渚1號主變的在線監測裝置于2007年12月24日開始投入使用，起初監測到C2H2一直維持在3 μL/L左右。2008年2月22日報警C2H2突發性異常增長，同日進行實驗室分析驗證，確認在線監測裝置屬于正確報警，后經檢查為分接開關滲漏引起，及時排除了故障。表4為漓渚1號主變在線監測裝置和實驗室色譜儀測得的部分數據，圖1為在線監測裝置測得C2H2組分的變化趨勢。

圖1 監測C2H2組分的變化趨勢

3.4 中分3000型在線色譜裝置的應用分析

從以上監測的情況來看，在線監測裝置與實驗室色譜儀兩者檢測的CH4，C2H2及總烴等多種組分含量基本一致，個別組分相對差較大，可能是由于實驗室采用的標準氣有所差異或標油與被測試油油質不同。但從縱向分析，可以發現二者的變化趨勢一致，所以在線監測裝置與實驗室檢測反映的故障趨勢是一致的，不影響結果的分析。且在線監測裝置每次檢測的原始譜圖基線平穩，峰型清晰，出峰時間穩定，說明運行穩定。圖2為其中一次檢測色譜圖。

圖2 檢測色譜

表3 蘭亭3號主變A相在線監測裝置與實驗室色譜儀測得數據的比較μL/L

表4 漓渚1號主變在線監測裝置與實驗室色譜儀測得數據的比較μL/L

在線監測裝置安裝、調試方便，從鳳林2號主變移機到蘭亭3號主變，當天就能完成。數據傳輸實時且可以通過MIS網絡進行數據共享，為技術部門及時掌握監測結果提供支持。同時還具備設定手機發送短消息功能。

4 建議與結論

變壓器在線色譜監測裝置的應用必將越來越廣泛，但在選擇時應充分考慮產品的性能指標，建議選擇所用檢測原理與實驗室試驗方法一致的產品，避免使用性能不穩定的產品。應具有較高的檢測精度和足夠小的檢測量；有較小的檢測周期，以保證真正意義上的在線；數據處理正確、真實；抗干擾能力強，不受強電場和環境溫度變化影響；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情況，且不影響、損耗本體油質。

實際應用證明，優良的變壓器油中溶解氣體在線色譜監測裝置是對色譜分析的一個有益而必要的補充，實現了實時監測，及時提供變壓器運行狀態分析數據。特別是在變壓器設備不斷增加，檢修模式又向狀態檢修發展的情況下，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則[S].北京：中國電力出版社，2001.

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

[3]鄭東升.國家電網公司生產技能人員職業能力培訓教材油務化驗[M].北京：中國電力出版社，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，主要從事電力設備油、SF6氣體絕緣監督工作。