變壓器油中溶解氣體色譜在線監測

王維 王秋鵬

(1.華北電力大學經濟與管理學院,北京 102206；2.國網北京市電力公司電力科學研究院,北京 100075)

變壓器油中溶解氣體色譜在線監測

王維1,2王秋鵬2

(1.華北電力大學經濟與管理學院,北京 102206；2.國網北京市電力公司電力科學研究院,北京 100075)

目前,油浸變壓器大多采用油紙組合絕緣,當變壓器內部發生潛伏性故障時,油紙會因受熱而分解產生烴類氣體。因此,通過色譜分析法分析變壓器油中溶解氣體,能及早發現充油電氣設備內部存在的潛伏性故障,是監督與保障設備運行安全的一個重要手段。但是,采集變壓器油樣進行實驗室檢測的方法具有不能及時發現潛伏性故障和有效的跟蹤發展趨勢的缺點,所以,發展變壓器油色譜在線監測可以及時發現設備內部潛伏性故障,對電力系統運行安全具有重大的意義。

變壓器油 色譜 在線監測

目前,油浸變壓器大多采用油紙組合絕緣,當變壓器內部發生潛伏性故障時,油紙會因受熱而分解產生烴類氣體。因此,通過色譜分析法分析變壓器油中溶解氣體,能及早發現充油電氣設備內部存在的潛伏性故障,是監督與保障設備運行安全的一個重要手段。但是,采集變壓器油樣進行實驗室檢測的方法具有不能及時發現潛伏性故障和有效的跟蹤發展趨勢的缺點,所以,發展變壓器油色譜在線監測可以及時發現設備內部潛伏性故障,對電力系統運行安全具有重大的意義。

表1 最小檢測濃度

表2 在線監測數據含量單位:μL/L

表3 實驗室數據含量單位:μL/L

表4 2013年5月20日到2013年8月21日期間在線監測數據含量單位:μL/L

1 變壓器油中溶解氣體的色譜分析法判斷變壓器故障的原理

變壓器出現故障時,絕緣油裂解產生氣體,只有當油中氣體飽和后,才能從瓦斯繼電器反映出來。用色譜分析法判斷變壓器內部故障,可以直接從絕緣油中分析各特征氣體濃度的大小來確定變壓器內部是否有故障。我國對變壓器內部故障氣體各特征氣體濃度的標準值有規定,超過這個值要用三比值法進行分析,判定出故障原因。由于氣體的擴散,使絕緣油在故障變壓器內不同部位所含氣體各特征氣體濃度不同。應用氣體擴散原理,在故障變壓器的關鍵部位抽取油樣,分析各個取樣點的氣體濃度,判斷變壓器內部故障部位。對于在運行中的變壓器,通過色譜分析檢查出早期故障時,特征氣體微有增長或穩定在一定范圍時,采用氣體追蹤分析的方法監控設備。當特征氣體增長很快或含量達到一定值時,說明故障發展迅速,必須立即停止運行,對變壓器進行吊罩,查找故障部位。

2 色譜法判斷變壓器故障的常用方法[1]

2.1 按油中溶解的特征氣體含量分析數據與注意值比較進行判斷

特征氣體主要包括總烴(C1～C2)、C2H2、H2、CO、CO2等。變壓器內部在不同故障下產生的氣體有不同的特征,可以根據絕緣油的氣相色譜測定結果和產氣的特征及特征氣體的注意值,對變壓器等設備有無故障及故障性質作出初步判斷。

2.2 根據故障點的產氣速率判斷

有的設備因某些原因使氣體含量超過注意值,不能斷定故障；有的設備雖低于注意值,如含量增長迅速,也應引起注意。產氣速率對反映故障的存在、嚴重程度及其發展趨勢更加直接和明顯,可以進一步確定故障的有無及性質。它包括絕對產氣速率和相對產氣速率兩種,判斷變壓器故障一定要用絕對產氣速率。

2.3 三比值法判斷

圖1 工作流程圖

圖2 2013年5月20日到2013年8月21日期間在線監測數據曲線圖

只有根據各特征氣體含量的注意值或產氣速率注意值判斷可能存在故障時,才能用三比值法判斷其故障的類型。頒布《導則》采用國際電工委員會(IEC)提出的特征氣體比值的三比值法作為判斷變壓器等充油電氣設備故障類型的主要方法。此方法中每種故障對應的一組比值都是典型的,對多種故障的聯合作用,可能找不到相應的比值組合,此時應對這種不典型的比值組合進行分析,從中可以得到故障復雜性和多重性的啟示。例如,三比值為121或122可以解釋為放電兼過熱。

3 變壓器油中氣體色譜在線監測的目的

變壓器油中氣體色譜在線監測的目的是早期檢出局部放電性故障,色譜在線監測系統應具備最重要功能可歸納為三個方面。第一方面為準確,就是所監測特征氣體的數值與實驗室所檢測數值在時間、環境等基本條件相同的采集情況下,結果基本一致。第二方面為快速,就是對故障氣體反應速度要盡量快！局部放電性故障發展速度快,要求監測裝置故障氣體產生20分鐘后,就應發出報警,運行人員立即向有關部門匯報,進行綜合分析后,采取有效果斷措施,防止惡性事故發生。這要求采樣、檢測單元安裝強油循環回路上或本身備有循環油泵,油氣分離透膜要大,氣體快速進入檢測室。第三個方面為簡便,就是要求裝置系統簡單、安裝方便、運行維護少乃至免維護。當色譜在線監測裝置具備了“準確”、“快速”,“簡便”,才能給用戶帶來了方便、經濟,才能得到推廣。

變壓器油中氣體色譜在線監測最主要目是對變壓器內部局部放電性故障起“哨兵”作用,而非綜合分析；生產主管部門得到在線監測裝置準確“報警”后,應立即采取果斷有效措施,減少損失,避免惡性事故發生。

4 工程應用

4.1 變壓器油中氣體色譜在線監測的應用

我公司在變壓器上安裝色譜在線監測系統,采用色譜分析原理,應用動態頂空(吹掃-捕集)脫氣技術和高靈敏度微橋式檢測器,實現對變壓器油中七種組分(H2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2)的檢測。整套系統集色譜分析、專家診斷系統、自動控制、通訊技術于一體,通過對絕緣油中溶解氣體的測量和分析,實現對大型變壓器內部運行狀態的在線監控,及時發現和診斷其內部故障,隨時掌握設備的運行狀況,彌補試驗室色譜分析監測周期長的不足,為保證變壓器安全經濟運行和狀態檢修提供技術支持。

4.1.1 色譜在線監測系統技術指標

分析周期:15分鐘完成檢測全過程,可連續進行監測；

工作環境溫度:－40℃～55℃；

工作環境濕度:5～95%；

載 氣:高純氮氣;

電 源:交流220V 50Hz;

功率:1.5KW;

主機外型尺寸:840×580×450(mm);

重量:140kg;

最小檢測濃度(見表一):單位:μL/L。

4.1.2 工作流程[2]

主機接到開機指令后,首先系統進行自檢,啟動溫控系統,進行主機預熱。系統穩定后,打開進油管路,變壓器本體油依靠自身油壓經取樣口(帶三通閥)進入脫氣裝置,樣品組分經過載氣的反復萃取,被濃縮在捕集器中,殘油排入油罐,經處理后循環回變壓器本體,然后樣品組分被迅速吹掃到色譜柱中,經過色譜柱將組分分離,依次進入檢測器,各組分的濃度被檢測器檢測,轉換成與濃度成正比例的模擬信號,經模數轉換,送入計算機,經通訊系統將數據傳輸到色譜在線監測工作站,工作站軟件可對色譜數據進行計算分析,自動生成濃度變化趨勢圖,并通過專家智能診斷系統進行故障診斷。 整個工作流程如圖1所示。

4.2 實驗數據

4.2.1 在線監測數據與實驗室數據對比

我公司大塑110kV變電站1#主變在2012年9月安裝了色譜在線監測系統,安裝以來運行情況良好。在線監測數據如表2所示。

同一天所測得的實驗室數據如表3所示。

通過在線監測數據與實驗室數據對比,我們可以看到,兩組數據誤差較小,在線監測系統可以完全監測變壓器運行的真實狀況。

4.2.2 在線監測數據對比

2013年5月20日到2013年8月21日期間在線監測數據如表4所示。

根據數據繪制曲線圖如圖2所示。

從表4和圖2中,我們可以清楚地了解到該在線監測裝置每次所測得數據誤差范圍很小,運行十分穩定。

4.2.3 小結

通過大量運行數據分析得出結論,我公司安裝的色譜在線監測系統運行穩定,數據重現性,可比性好,變異系數小于實驗室,誤差范圍小。而且數據傳輸不占用電話通道,通過無線傳輸能及時快捷了解設備狀況,且安裝簡便,直接接通380V電源即可,不需要在主控室再裝計算機進行數據整理,所以,該裝置是能較好地進行在線色譜監測。

5 結語

變壓器作為電力系統的樞紐設備,其運行可靠性直接影響電力系統的安全運行。變壓器油中氣體色譜分析已經成為對變壓器維護的重要技術手段,而變壓器油中氣體含量能有效反映變壓器內部的絕緣故障。但是,采集變壓器油樣進行實驗室檢測的方法存在不能及時發現潛伏性故障和有效的跟蹤發展趨勢的缺點,而色譜在線監測系統可以彌補實驗室色譜分析的缺點。它可以隨時監測變壓器的運行狀況,遇有異常及時報警,為狀態檢修和異常故障檢修提供設備實時的運行狀況。

通過大量運行數據分析得出結論,色譜在線監測系統運行穩定,能正確反映變壓器的實際運行情況,可信度高,可以及時發現設備內部潛伏性故障,對電力系統安全運行具有重大的現時意義。

[1]變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則GB/T 7252-2001 中國標準出版社,2002年4月.

[2]宋啟祥.變壓器油中溶解氣體色譜在線分析變壓器,2000年4月.

王維(1984-),女,助理工程師,華北電力大學經濟與管理學院碩士研究生,工業工程專業,現在國網北京市電力公司電力科學

研究院從事電力安全生產工作。

王秋鵬(1981-),男,助理工程師,畢業于首都師范大學化學系應用化學專業,現任國網北京市電力公司電力科學研究院設備狀

態評價中心檢測技術室化學專責工程師。