变压器油中溶解气体色谱在线监测

【摘 要】 目前，油浸变压器大多采用油纸组合绝缘，当变压器内部发生潜伏性故障时，油纸会因受热而分解产生烃类气体。因此，通过色谱分析法分析变压器油中溶解气体，能及早发现充油电气设备内部存在的潜伏性故障，是监督与保障设备运行安全的一个重要手段。但是，采集变压器油样进行实验室检测的方法具有不能及时发现潜伏性故障和有效的跟踪发展趋势的缺点，所以，发展变压器油色谱在线监测可以及时发现设备内部潜伏性故障，对电力系统运行安全具有重大的意义。

【关键词】 变压器油 色谱 在线监测

目前，油浸变压器大多采用油纸组合绝缘，当变压器内部发生潜伏性故障时，油纸会因受热而分解产生烃类气体。因此，通过色谱分析法分析变压器油中溶解气体，能及早发现充油电气设备内部存在的潜伏性故障，是监督与保障设备运行安全的一个重要手段。但是，采集变压器油样进行实验室检测的方法具有不能及时发现潜伏性故障和有效的跟踪发展趋势的缺点，所以，发展变压器油色谱在线监测可以及时发现设备内部潜伏性故障，对电力系统运行安全具有重大的意义。

1 变压器油中溶解气体的色谱分析法判断变压器故障的原理

变压器出现故障时，绝缘油裂解产生气体，只有当油中气体饱和后，才能从瓦斯继电器反映出来。用色谱分析法判断变压器内部故障，可以直接从绝缘油中分析各特征气体浓度的大小来确定变压器内部是否有故障。我国对变压器内部故障气体各特征气体浓度的标准值有规定，超过这个值要用三比值法进行分析，判定出故障原因。由于气体的扩散，使绝缘油在故障变压器内不同部位所含气体各特征气体浓度不同。应用气体扩散原理，在故障变压器的关键部位抽取油样，分析各个取样点的气体浓度，判断变压器内部故障部位。对于在运行中的变压器，通过色谱分析检查出早期故障时，特征气体微有增长或稳定在一定范围时，采用气体追踪分析的方法监控设备。当特征气体增长很快或含量达到一定值时，说明故障发展迅速，必须立即停止运行，对变压器进行吊罩，查找故障部位。

2 色谱法判断变压器故障的常用方法[1]

2.1 按油中溶解的特征气体含量分析数据与注意值比较进行判断

特征气体主要包括总烃（C1～C2）、C2H2、H2、CO、CO2等。变压器内部在不同故障下产生的气体有不同的特征，可以根据绝缘油的气相色谱测定结果和产气的特征及特征气体的注意值，对变压器等设备有无故障及故障性质作出初步判断。

2.2 根据故障点的产气速率判断

有的设备因某些原因使气体含量超过注意值，不能断定故障；有的设备虽低于注意值，如含量增长迅速，也应引起注意。产气速率对反映故障的存在、严重程度及其发展趋势更加直接和明显，可以进一步确定故障的有无及性质。它包括绝对产气速率和相对产气速率两种，判断变压器故障一定要用绝对产气速率。

2.3 三比值法判断

只有根据各特征气体含量的注意值或产气速率注意值判断可能存在故障时，才能用三比值法判断其故障的类型。颁布《导则》采用国际电工委员会（IEC）提出的特征气体比值的三比值法作为判断变压器等充油电气设备故障类型的主要方法。此方法中每种故障对应的一组比值都是典型的，对多种故障的联合作用，可能找不到相应的比值组合，此时应对这种不典型的比值组合进行分析，从中可以得到故障复杂性和多重性的启示。例如，三比值为121或122可以解释为放电兼过热。

3 变压器油中气体色谱在线监测的目的

变压器油中气体色谱在线监测的目的是早期检出局部放电性故障，色谱在线监测系统应具备最重要功能可归纳为三个方面。第一方面为准确，就是所监测特征气体的数值与实验室所检测数值在时间、环境等基本条件相同的采集情况下，结果基本一致。第二方面为快速，就是对故障气体反应速度要尽量快！局部放电性故障发展速度快，要求监测装置故障气体产生20分钟后，就应发出报警，运行人员立即向有关部门汇报，进行综合分析后，采取有效果断措施，防止恶性事故发生。这要求采样、检测单元安装强油循环回路上或本身备有循环油泵，油气分离透膜要大，气体快速进入检测室。第三个方面为简便，就是要求装置系统简单、安装方便、运行维护少乃至免维护。当色谱在线监测装置具备了“准确”、“快速”，“简便”，才能给用户带来了方便、经济，才能得到推广。

变压器油中气体色谱在线监测最主要目是对变压器内部局部放电性故障起“哨兵”作用，而非综合分析；生产主管部门得到在线监测装置准确“报警”后，应立即采取果断有效措施，减少损失，避免恶性事故发生。

4 工程应用

4.1 变压器油中气体色谱在线监测的应用

我公司在变压器上安装色谱在线监测系统，采用色谱分析原理，应用动态顶空（吹扫-捕集）脱气技术和高灵敏度微桥式检测器，实现对变压器油中七种组分（H2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2）的检测。整套系统集色谱分析、专家诊断系统、自动控制、通讯技术于一体，通过对绝缘油中溶解气体的测量和分析，实现对大型变压器内部运行状态的在线监控，及时发现和诊断其内部故障，随时掌握设备的运行状况，弥补试验室色谱分析监测周期长的不足，为保证变压器安全经济运行和状态检修提供技术支持。

4.1.1 色谱在线监测系统技术指标

4.1.2 工作流程[2]

主机接到开机指令后，首先系统进行自检，启动温控系统，进行主机预热。系统稳定后，打开进油管路，变压器本体油依靠自身油压经取样口（带三通阀）进入脱气装置，样品组分经过载气的反复萃取，被浓缩在捕集器中，残油排入油罐，经处理后循环回变压器本体，然后样品组分被迅速吹扫到色谱柱中，经过色谱柱将组分分离，依次进入检测器，各组分的浓度被检测器检测，转换成与浓度成正比例的模拟信号，经模数转换，送入计算机，经通讯系统将数据传输到色谱在线监测工作站，工作站软件可对色谱数据进行计算分析，自动生成浓度变化趋势图，并通过专家智能诊断系统进行故障诊断。 整个工作流程如图1所示。

4.2 实验数据

4.2.1 在线监测数据与实验室数据对比

我公司大塑110kV变电站1#主变在2012年9月安装了色谱在线监测系统，安装以来运行情况良好。在线监测数据如表2所示。

同一天所测得的实验室数据如表3所示。

通过在线监测数据与实验室数据对比，我们可以看到，两组数据误差较小，在线监测系统可以完全监测变压器运行的真实状况。

4.2.2 在线监测数据对比

2013年5月20日到2013年8月21日期间在线监测数据如表4所示。

根据数据绘制曲线图如图2所示。

从表4和图2中，我们可以清楚地了解到该在线监测装置每次所测得数据误差范围很小，运行十分稳定。

4.2.3 小结

通过大量运行数据分析得出结论，我公司安装的色谱在线监测系统运行稳定，数据重现性，可比性好，变异系数小于实验室，误差范围小。而且数据传输不占用电话通道，通过无线传输能及时快捷了解设备状况，且安装简便，直接接通380V电源即可，不需要在主控室再装计算机进行数据整理，所以，该装置是能较好地进行在线色谱监测。

5 结语

变压器作为电力系统的枢纽设备，其运行可靠性直接影响电力系统的安全运行。变压器油中气体色谱分析已经成为对变压器维护的重要技术手段，而变压器油中气体含量能有效反映变压器内部的绝缘故障。但是，采集变压器油样进行实验室检测的方法存在不能及时发现潜伏性故障和有效的跟踪发展趋势的缺点，而色谱在线监测系统可以弥补实验室色谱分析的缺点。它可以随时监测变压器的运行状况，遇有异常及时报警，为状态检修和异常故障检修提供设备实时的运行状况。

通过大量运行数据分析得出结论，色谱在线监测系统运行稳定，能正确反映变压器的实际运行情况，可信度高，可以及时发现设备内部潜伏性故障，对电力系统安全运行具有重大的现时意义。

参考文献

[1]变压器油中溶解气体分析和判断导则GB/T 7252-2001 中国标准出版社，2002年4月.

[2]宋启祥.变压器油中溶解气体色谱在线分析变压器，2000年4月.