變壓器油中溶解氣體的在線監測系統研究

楊敬娜 劉大永

摘? ?要：為了提高變壓器油中溶解氣體分析技術進行故障診斷的快捷性，文章開發了一套主要監測氫氣H2和乙炔C2H2的在線監測系統。用Φ6管道通過變壓器預留口采集絕緣油，再通過油氣分離膜分離出氣體。采用電化學傳感器SGA-400進行氣體數據采集，在現場檢測裝置上進行閾值判斷，同時，通過RS485總線傳至上位機，進一步診斷故障類型。系統裝置結構簡單，故障診斷及時，分辨率高。

關鍵詞：油中溶解氣體分析;在線監測;電化學傳感器

隨著電網數字化和智能化程度越來越高，電力設備的狀態檢修成為設備維護的主要策略。電力變壓器在輸配電系統中起著樞紐作用，必須保障穩定、可靠運行。隨著科學技術的發展，變壓器的狀態監測和故障診斷技術也得到了快速發展。

當油浸式電力變壓器長時間運行出現故障時，在絕緣油中就會溶解特征性氣體，主要有：氫氣（H2）、甲烷（CH4）、乙炔（C2H2）、乙烯（C2H4）、乙烷（C2H6）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）等7種氣體，不同的故障類型，氣體組分和濃度不相同。

通過監測油中溶解氣體的在線監測技術—油色譜分析[1]目前發展比較成熟。但是監測裝置比較復雜，使用繁瑣，價格昂貴。根據特征氣體預警故障的原理，檢測油中的氫氣和乙炔，H2是變壓器故障預警的敏感性氣體，C2H2是區分油浸式變壓器過熱性和放電性故障的標志性氣體[2]。開發了一套使用方便、結構簡單、無載氣的油氣采集及狀態監測系統。

1? ? 在線監測系統組成

油中溶解氣體在線監測系統由油氣采集單元、氣體檢測單元、數據處理單元、通信控制單元和監控軟件等模塊組成。各個功能模塊協同工作，如圖1所示。氣體監測單元采用兩條不銹鋼軟管與變壓器的預留監測接口相連，其中所有接口均采用Φ6卡氣套連接，并保證接口密封，不能漏油。

氣體監測單元是系統的主要設備環節，主要由油氣分離膜組件、電化學傳感器組件（H2和C2H2傳感器）、溫度控制和壓力控制組件組成[3]。

油氣分離膜[4]組件一端連接取油管道，將絕緣油和氣體分離后，另一端連接回油管道上的油泵，絕緣油重回變壓器油箱，分離出的氣體經過第3個接口連接壓力控制模塊，分離出來的氣體被送進電化學傳感器室，電化學傳感器采用SGA-400B系列的智能傳感器模組進行氣體數據采集。溫度控制模塊主要實現溫度控制，提高檢測的精度。壓力控制模塊和溫度控制模塊配合，在最短時間內達到油氣平衡。

氣體數據經過電化學傳感器采集后在現場檢測裝置上進行報警閾值判斷，同時，通過485總線同步傳給上位機，計算出氫氣和乙炔的含量，根據氣體標定，進行故障判斷。

2? ? 數據采集及處理流程

數據處理單元首先對氣體傳感器SGA-400B初始化，然后設定氣體的故障判讀閾值，采集的氣體含量的模擬量轉化成電信號后，進行放大、數據處理、智能計算，每隔固定時間對氣體檢測一次，在現場檢測裝置上顯示。H2的監測范圍為0～3×10-3;C2H2氣體的監測范圍為0～1×10-3，測量的準確性H2為±3%（>0.1×10-3）或±5×10-6（≤0.1×10-3）;C2H2為±5%（>0.1×10-3）或±5×10-6（≤0.1×10-3）。

3? ? 故障診斷方法

通過氫氣和乙炔進行變壓器故障判斷[5]，如表1所示。

當同時檢測到H2和C2H2時，說明變壓器發生了放電故障，可以從局部放電、火花放電和電弧放電的故障原因去考慮，查找具體的故障點;當只檢測到H2時，可以斷定變壓器發生了過熱故障，從過熱的原因確定故障點。

4? ? 結語

開發了一套主要監測變壓器油中溶解氣體H2和C2H2的在線監測系統，通過管道采集變壓器絕緣油，再經過油氣分離膜進行油氣分離，分離出來的氣體經過電化學傳感器SGA-400B進行數據采集，采集的數據在現場監測裝置上顯示，并與標定的氣體濃度進行比較，判斷是否報警處置，同時，數據通過RS485總線傳到上位機，進行故障類型的診斷。系統裝置結構簡單，故障診斷及時，分辨率高。

[參考文獻]

[1]郭亮，武崗.電力變壓器油色譜在線監測系統[J].農村電氣化，2018（3）：45-47.

[2]YING G L，XU K J.Analysis of acetylene in non-fault transformer oil[J].Transactions of China Electrotechnical Society，2011（4）：66-69.

[3]褚佳歡，占南，韓毓旺.基于Teflon AF/陶瓷復合膜和電化學傳感器的變壓器油中溶解氣體的在線監測系統[J].理化檢驗（化學分冊），2019（5）：530-535.

[4]馬鳳翔，田宇，陳珂，等.基于微型光聲傳感器的油中溶解氣體檢測技術[EB/OL].（2019-12-12）[2020-04-07].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/31.1252.O4.20200114.0951.032.html.

[5]邢盛.淺析變壓器在線色譜分析系統[J].山東工業技術，2018（9）：150.

Research on on-line monitoring system of dissolved gases in transformer oil

Yang Jingna， Liu Dayong

（Hebei Software Institute， Baoding 071000， China）

Abstract：In order to improve the efficiency of fault diagnosis of dissolved gas analysis technology in transformer oil， an on-line monitoring system for hydrogen H2 and acetylene C2H2 is developed in this paper. The insulating oil is collected by Φ6 pipeline through the reserved port of transformer， and then the gas is separated by oil-gas separation membrane. The gas data is collected by electrochemical sensor SGA-400， and the threshold value is determined on the field detection device. At the same time， the gas data is transmitted to the upper computer through RS485 bus to further diagnose the fault type. The system has the advantages of simple structure， timely fault diagnosis and high resolution.

Key words：analysis of dissolved gases in oil; on-line monitoring; electrochemical sensor