油色譜分析在變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究

李晨

摘要：電力變壓器發(fā)生潛在性故障時(shí)，絕緣油會(huì)分解產(chǎn)生烴類氣體，采用油色譜法分析這些烴類氣體，可診斷出電壓器中存在的潛伏性故障信息，保證設(shè)備可靠運(yùn)行；首先分析了油色譜分析的原理，然后設(shè)計(jì)了變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，最后測(cè)試表明利用油色譜技術(shù)對(duì)變壓器故障進(jìn)行分析診斷的有效性和正確性。

關(guān)鍵詞：油色譜；變壓器；狀態(tài)監(jiān)測(cè)；故障診斷

中圖分類號(hào)：TP311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044（2012）30-7371-02

隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，電能已經(jīng)成為生產(chǎn)、生活中不可或缺的能源，與此同時(shí)人們對(duì)于電網(wǎng)的安全性也提出了更高的要求。大型電力變壓器作為電網(wǎng)之中最重要的部分之一，它的可靠性在一定意義上決定著電網(wǎng)的安全性。目前，檢測(cè)變壓器絕緣油中氣體是變壓器故障診斷與壽命預(yù)測(cè)采用的主要方式，但是傳統(tǒng)的變壓器絕緣油中氣體檢測(cè)方法有檢測(cè)氣體種類有限、精度低、維護(hù)成本高、易受環(huán)境影響等缺點(diǎn)，已經(jīng)不能滿足當(dāng)前電網(wǎng)安全形勢(shì)下的需要。

但是利用常規(guī)的氣相色譜分析（離線分析）檢測(cè)油中的溶解氣體，操作較為繁瑣，要經(jīng)過取樣、油氣分離、色譜分析等幾個(gè)過程，存在較大的誤差，另外，還存在試驗(yàn)周期長(zhǎng)，無法檢測(cè)快速變化的故障等弊端；變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)從本質(zhì)上改變了傳統(tǒng)的變壓器監(jiān)測(cè)方式，可以有效的同時(shí)監(jiān)測(cè)多臺(tái)變壓器的油中溶解氣體的含量，通過數(shù)據(jù)分析平臺(tái)告知現(xiàn)場(chǎng)管理人員變壓器的油中氣體組份的變化趨勢(shì)，依據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)判斷變壓器故障類型。

1 油色譜分析的原理分析

電力變壓器發(fā)生潛在性故障時(shí)，絕緣油、紙等絕緣材料會(huì)逐漸老化和分解，并會(huì)分解產(chǎn)生烴類氣體 （主要包括氫 H2、甲烷 CH4、乙烷 C2H6、乙烯 C2H4、乙炔 C2H2、二氧化碳 CO2、一氧化碳 CO等），而設(shè)備內(nèi)部故障的類型、故障發(fā)生的部位、故障嚴(yán)重與這些烴類氣體緊密相關(guān)，若存在潛伏性過熱或放電等故障時(shí)，產(chǎn)氣量會(huì)增大，利用這些烴類氣體可以判斷充油電氣設(shè)備內(nèi)部狀況，已成為充油電氣設(shè)備安全運(yùn)行不可缺少的手段。不同類型變壓器故障與油中特征氣體的關(guān)系如表1所示。

因此，對(duì)脫出的油中氣體進(jìn)行分析，根據(jù)特征氣體組份的濃度含量或它們的相對(duì)比值和產(chǎn)氣速率等，采用一定的判斷方法，就能檢測(cè)出變壓器是否故障及其故障性質(zhì)。

2 變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)組成及工作流程

變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由油樣循環(huán)采集單元、油氣分離單元、氣體監(jiān)測(cè)單元、數(shù)據(jù)采集單元、現(xiàn)場(chǎng)控制處理單元、通訊控制單元及輔助單元和主控室單元（數(shù)據(jù)處理服務(wù)器，監(jiān)測(cè)與預(yù)警軟件）組成。

系統(tǒng)在微處理器的控制下，進(jìn)行氣體的采集、油氣分離、混合氣體分離、氣體檢測(cè)、系統(tǒng)自診斷、過油保護(hù)等過程，并定期進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)。利用世界上最先進(jìn)的真空完全脫氣方法實(shí)現(xiàn)分析油樣中油氣的完全分離，其脫氣效率可達(dá)95%以上，然后將分離得到的混合氣體通過色譜柱，可以將混合氣體分離成H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO2、CO等單色氣體，各種氣體依次從色譜柱末端出來，然后將這些氣體通過氣敏傳感器，轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，再通過RS485通訊電纜傳輸?shù)胶笈_(tái)工作站，由監(jiān)測(cè)軟件自動(dòng)計(jì)算為相應(yīng)油中的濃度，進(jìn)行故障診斷分析，對(duì)潛在故障點(diǎn)進(jìn)行在線報(bào)警，并進(jìn)行過油保護(hù)。

2.2 診斷方法

3 應(yīng)用分析

某變壓器油色譜數(shù)據(jù)如表3。

的烷烴類氣體。查明原因后，將鐵心尖角向兩側(cè)彎曲，避開了溫度計(jì)底座，在側(cè)梁絕緣內(nèi)部插入絕緣紙板，將溫度計(jì)底座與上部緊密牢固捆綁，處理完成后，測(cè)量得知測(cè)量溫度計(jì)底座與鐵心距離為8mm該變壓器重新投運(yùn)后運(yùn)行正常。

4 結(jié)束語

變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)的變壓器絕緣油監(jiān)測(cè)方式，解決了常規(guī)檢測(cè)方式檢測(cè)周期長(zhǎng)、精度低、維護(hù)成本高、易受環(huán)境影響、不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛伏性故障等缺點(diǎn)，彌補(bǔ)了離線分析的不足，可以快速監(jiān)測(cè)變壓器的油中溶解氣體組成含量， 通過分析油中溶解氣體的組分及含量，可以判斷、推測(cè)出充油電氣設(shè)備內(nèi)部是否發(fā)生了故障以及發(fā)生了何種故障，通過在后臺(tái)建立實(shí)時(shí)的變壓器油中多種氣體數(shù)據(jù)與變壓器狀態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，由監(jiān)測(cè)軟件自動(dòng)判斷變壓器的工作狀態(tài)，若存在故障，則自動(dòng)分析故障的部位及嚴(yán)重情度，數(shù)據(jù)分析平臺(tái)告知后臺(tái)工作人員變壓器的油中各氣體的變化趨勢(shì)，為變壓器實(shí)施狀態(tài)檢修提供了可靠的技術(shù)支持。

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