氣相色譜分析在變壓器現場在線監測的運用

李丹

武漢供電公司變電檢修分公司 湖北 武漢 430000

引言

電力變壓器在電力輸送的過程中起到重要作用，它能夠將高電壓轉變為可用的電壓。從電網系統的角度看，電力變壓器具有關鍵性作用，一般來說，如果電力變壓器出現故障問題，就會對整個電力網絡產生不良影響，還會危害人們的正常生活。所以有關部門必須確保電力變壓器的安全運行，還要保證電力變壓器的質量，減少故障問題的發生[1]。如果設備在運行的時候出現故障問題，那么工作人員就要做好相應的檢修和處理，從而更好地解決實際問題，同時降低設備運行過程中出現的損失。在變壓器在線檢測過程中，其安全性和可靠性直接影響到各行各業的發展。因此，變壓器在線監測既要考慮電力系統生產的安全性，又要減少變壓器本身存在的問題對人們日常生活的負面影響，確保變壓器的整體使用質量始終能滿足人們對變壓器和電力系統的相關需求。

1 變壓器故障類型

電力變壓器在電力輸送的過程中起到重要作用，它能夠將高電壓轉變為成可用的電壓。從電網系統的角度看，電力變壓器具有關鍵性作用[2]，一般來說，如果電力變壓器出現故障問題，就會對整個電力網絡產生不良影響，還會危害人們的正常生活。所以有關部門必須確保電力變壓器的安全運行，還要保證電力變壓器的質量，減少故障問題的發生。變壓器運行過程中常見故障如下：

1.1 過熱故障

電力變壓器在使用的過程中存在的其中一個故障問題，就是線路過熱的情況。這是因為電力變壓器在使用的時候，電流出現異常情況，導致線路過熱，并出現故障問題。電路回路的時候，因為電阻的不斷增加，從而引發線路過熱現象，一旦電路散熱不及時，就會使整個線路的溫度急速上升。這個時候工作人員要計算變壓器的抗短路能力，要對電磁線的抗壓能力進行把控。變壓器的內部通電之后，電磁線的抗彎和抗壓能力會跟著電磁線的溫度上升而出現減弱現象，然后出現電力變壓器運行不穩定的現象。

1.2 套管故障

電力變壓器中的套管是關鍵的部件，電力企業在具體工作的時候，如果套管出現故障問題，對電力變壓器的正常運行產生不利影響。而套管故障主要表現在套管的損壞和套管的受潮等，以上問題出現的原因如下：①電力變壓器的使用強度太大，出現套管的破損現象，高壓變電器中套管的職責是擔任固定線路，因為外力和內部電流等因素，電力變壓器經常會出現套管脫釉或者表面破損等現象；②電力企業在安裝的時候出現一些失誤現象，引起套管的受潮，套管在安裝的時候，工作人員要固定住引線，然后做好相應的密封工作，如果工作人員出現安裝失誤，這就容易發生密封不嚴實等情況，進而影響其安裝質量，如果套管的內部與外部連接在一起，在水汽的影響下會出現套管受潮。

1.3 自動跳閘故障

電力企業在使用電力變壓器的時候，受到人為要素或電力變壓器內部的影響，容易出現自動跳閘故障問題。所以電力企業要更好地避免故障問題所帶來的損失，電氣企業要安排技術人員，做好故障問題的分析工作，然后采取科學和合理的檢修方式，確保電力系統的正常運行[3]。如果人為原因而出現自動跳閘現象，工作人員結束檢修工作之后就可以繼續使用變壓器。可是當變壓器內部出現損壞之后，變壓器所帶來的自動跳閘問題，就需要工作人員做好全面的檢修和維護工作，對故障問題進行排查，使用合適的檢修技術加以處理，避免電力變壓器出現不可挽回的爆炸事件。

2 變壓器在線監測技術必要性

目前，隨著電力需求的增加，輸電線路的電壓水平也開始逐漸上升。輸電線路電壓水平的升高促進了電力系統內部電壓的升高[4]。作為穩定電力系統的重要工具，變壓器在高壓電力系統中的運行過程也越來越受到人們的關注。變壓器在線監測應嚴格遵循定期定點檢測的原則，詳細記錄檢測數據，最后匯總到檢測日志中。可以發現傳統的離線檢測明顯不符合當前的發展趨勢。檢測過程中的缺點證明，傳統的離線檢測需要不斷更新和改進，進而采取變壓器在線檢測技術。

在變壓器運行過程在線監測可以隨時發現變壓器的故障，判斷是內部故障還是外部故障。如果是內部故障，大多數情況下的原因是油箱內各相之間短路或箱體的引線和接地不同。如果是外部故障，則可能是由于套管內部繞組和引出線之間短路等不同問題造成的。在實際的變壓器故障過程中，發生內部或外部故障的頻率較高。為了盡量減少故障發生的頻率，有必要考慮內部和外部都需要有效處理，以減少故障的發生[5]。

3 變壓器常見在線監測技術

3.1 局部放電在線監測

3.1.1 脈沖電流法。這種方法是利用就壓器套管、外殼以及鐵芯接地和繞組間發生高壓局部放電時，產生的脈沖電信號并對其進行測量，從而得到基本量，通過分析基本量來反映放電脈沖的各個參數，如個數、大小以及相位等等。這種方法的優點是靈敏度較高，但缺點是使用這種技術時很容易被外界噪聲干擾，而且測量的脈沖頻率較低，能夠得出的信息量卻不多。在使這種這技術時，必須增強該技術的抗干擾能力，以保證測量的準確性。

3.1.2 射頻檢測法。這種方法的主要工作原理是對被檢設備提取相關信號，從而達到在線監控的效果[6]。提取信號時，使用的主要儀器設備是羅氏線圈型傳感器，主要被檢設備包括變壓器、發電機等等。這種方法的優點是設備安裝較為簡便，而且能夠適合多種系統運行方式，不僅受到這方面因素的限制，因此在變壓器在線監測工作中被廣泛應用。但這種方法也有缺陷，即只能分辨單一信號，因此三相變壓器發生局部放電時，難以應用這種方法進行檢測。

3.1.3 超高頻檢測法。這種方法的工作原理是利用超高頻傳感器來接收變壓器內局部放電形成的超高頻電波，從而有效檢測變壓器局部放電情況。這種方法的優點是具有較強的抗干擾能力，在干擾因素較多的情況下，能夠得到良好的應用效果[7]。除此之外，這種方法還具有測量頻率高、頻帶寬以及信息量大等優勢，因此其具發展前景。

3.2 油色譜在線監測

在研究變壓器油色譜分析作用機理的過程中，發現變壓器油是一種石油中礦物油，含有較多的絕緣成分。這些物質可以快速診斷變壓器故障問題[8]。一些研究人員研究了礦物絕緣油的組成，發現其主要含有飽和烴，如烷烴和芳烴。其固體有機絕緣材料還含有纖維素，因此加強變壓器油色譜分析在故障檢測中的有效應用，可以及時發現問題。此外，使用此方法進行故障診斷時，會排放少量氣體，如氫氣、甲烷和乙烯。如果在此過程中變壓器發生故障，則此類氣體的釋放將迅速增加。當變壓器故障點溫度較低時，氣體釋放中的甲烷比例將繼續增加。當溫度升高時，乙烯和氫的比例將增加。操作員可以通過判斷特征氣體如H2、CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4和C2H6來維修變壓器。此外，人為或機械設備故障也會導致變壓器油的色譜異常。因此，可以更快、更準確地找到變壓器故障的原因。

4 變壓器油色譜在線監測技術應用

色譜法屬于典型的分離和分析方法，也被稱作是層析法、色譜分析法。色譜過程的本質為采取各種物質，基于不同的相態進行選擇性分配，物質不同的情況下，兩相之間具有不盡相同的分配，物質跟固定相和流動相的相互作用力，可以決定其移動速度，通過遷移次數的增加，實現多次分配，分離開混合物內各組分。氣相色譜法為采取色譜分離以及檢測技術，定性分析、定量分析多組分的復雜氣體混合物。

4.1 油氣分離技術

4.1.1 薄膜脫氣法。應用這種方法對變壓器實施在線監測，主要是利用了擴散原理，利用一側為變壓油，另一側為氣室的聚合薄膜，由于這種薄膜兩側氣壓不平衡，利用這種特性，經過精密的計算，確定油中所溶解的某一種氣體的含量，進而實現對變壓器的有效監測[9]。這種方法的優點是操作較為簡單，缺點是較長的時間才能夠完成，而且油中雜質和污垢易造成聚合薄膜堵塞，需要對其進行定期更換，使得投入成本較高。

4.1.2 動態頂空脫氣法。應用這種方法實現對變壓器的在線監測，主要工作原理是在采樣瓶內不斷進行攪拌從而使氣體析出，迫使氣體進入檢測裝置進行檢測后，再返回采樣瓶中。此時，需要對相同時間間隔內的氣體值進行測量，如果測量值相同，就證明完成脫氣。目前，這種方法應用較為廣泛，具有時間相對較短，一般不超過30分鐘，而且脫氣效率和分析靈敏度都較高，還具有較好的重復性。

4.2 氣體檢測技術

4.2.1 氣相色譜法。這種方法利用高純氮氣將氣體進行分離，然后獲得氣體樣本并將其輸送到色譜之中，根據分配系統確定不同的氣體樣品的停留時間，分配系數越大停留時間越長。然后利用高敏感度的TCD檢測儀對氣體樣本進行檢測，得到氣體濃度參數。之后將其轉換為電信息號輸入到計算機中，實現對變壓器的在線監測。應用這種在線監測方法，其優點是能夠檢測氣體濃度，但缺點是操作難度較大，時間周期長，而且技術含量較高。因此，這種方法只適用于定期檢測工作之中。

4.2.2 光聲光譜。這種方法是將油中溶解的氣體在完成脫氣之后，將其輸入到光聲室中。調整入射光的頻率并利用濾光片實施分光，將濾光片與氣體一一對應，利用濾光片使相對應的氣體中吸收其中波長的紅外線，然后根據氣體吸收波長的紅外線的實際情況，對頻率進行調整，實現多次激發氣體，再將氣體以輻射或非輻射方式，回到基態。在這一過程中，局部溫度升高，促使封閉的光聲室產生機械波，然后通過傳聲器檢測，可以準確測定氣體成分的濃度。這種方法的優點是可以用少量的樣品檢測組分的濃度，而不需要消耗氣體消耗品。它具有時間短、效率高、重復性好等優點。由于它的諸多優點，越來越受到人們的青睞。

5 結束語

現如今，電力用戶對電力需求的大大提高，在一定程度上推動了電力行業的發展，所以電力企業要認真分析電力用戶的實際需要，通過變革科學技術和手段，完善電力設備和裝置，更好地為人們提供正常的電力運行系統，可以促進電力系統的正常運行。對此，應進一步加強對各種變壓器監測技術的應用研究，探究最佳的變壓器監測方式，從而更準確、快速地進行故障處理，保證變壓器穩定運行，為人們的安全和用電的耐久性提供良好的條件。