真空攪拌振蕩技術(shù)在變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用研究

云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司文山供電局

摘要：我國(guó)電力行業(yè)正在向大機(jī)組、大容量、高電壓等級(jí)電網(wǎng)發(fā)展，對(duì)電力安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提出了更高要求電力高壓設(shè)備是電網(wǎng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行的關(guān)鍵對(duì)保障社會(huì)正常生產(chǎn)和企業(yè)正常運(yùn)行具有重要意義。高電壓、大容量的電力變壓器是輸變電系統(tǒng)中最關(guān)鍵的設(shè)備，在實(shí)際運(yùn)行中會(huì)受到電、熱、機(jī)械、環(huán)境等各種因素的影響，絕緣性能可能發(fā)生劣化，安全性能下降，甚至導(dǎo)致發(fā)生故障，從而引起局部乃至大面積停電等重大電力事故，造成巨大的直接或間接經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。因此，對(duì)電力高壓設(shè)備進(jìn)行必要的監(jiān)測(cè)，保證其穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、安全性具有重要意義。

關(guān)鍵詞：真空攪拌振蕩技術(shù)；變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)；系統(tǒng)

實(shí)施電力變壓器故障診斷，對(duì)于提高整個(gè)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的可靠性是非常必要的。變壓器存在局部過(guò)熱或局部放電時(shí)，故障部位的絕緣油或固體絕緣物將會(huì)分解出小分子烴類氣體（如CH4、C2H6、C2H4、C2H2等）和其他氣體（如H2、CO、CO2等）。上述每種氣體在油中的濃度和油中可燃?xì)怏w的總濃度（TCG）均可作為變壓器設(shè)備內(nèi)部故障診斷的指標(biāo)。

一直以來(lái)油中溶解氣體采用氣相色譜法分析作為故障診斷的常用方法來(lái)判斷油浸類電力設(shè)備的運(yùn)行狀況。其主要優(yōu)點(diǎn)是能夠提供油中溶解的各種氣體濃度的定量分析。但其操作過(guò)程復(fù)雜，需要大量熟練的專業(yè)人員進(jìn)行跟蹤檢測(cè)分析。另外，為了使氣相色譜能夠穩(wěn)定地工作，需要較長(zhǎng)的準(zhǔn)備時(shí)間（一般需提前幾個(gè)小時(shí)通載氣使氣流穩(wěn)定），從而導(dǎo)致較高的運(yùn)行管理費(fèi)用。隨著我國(guó)電力向大電網(wǎng)、大機(jī)組、高容量、高電壓等級(jí)的迅猛發(fā)展，對(duì)關(guān)鍵電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)把握提出越來(lái)越高的技術(shù)要求，變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)從本質(zhì)上改變了傳統(tǒng)的變壓器油檢測(cè)方式，不但提高了企業(yè)管理運(yùn)營(yíng)效率，也有效保障了變壓器運(yùn)行的安全可靠性。

變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用廣譜型氣相色譜分析基本原理。變壓器油經(jīng)油氣分離器，在內(nèi)置電磁激振器的作用下，將分離出的油中特征故障氣體導(dǎo)入氣體定量室。定量室中的混合故障氣體在載氣的作用下經(jīng)過(guò)色譜柱，色譜柱對(duì)不同氣體具備不同的親和作用，故障特性氣體被依此分離。氣敏傳感器按出峰順序?qū)收咸匦詺怏w逐一進(jìn)行檢測(cè)，并將故障氣體的濃度特性轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。數(shù)據(jù)采集器對(duì)電信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理、存儲(chǔ)?？刂朴?jì)算機(jī)經(jīng)系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)獲取日常監(jiān)測(cè)原始數(shù)據(jù)。系統(tǒng)分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，分別計(jì)算出故障氣體各組份及總烴含量；故障診斷專家系統(tǒng)對(duì)變壓器油色譜數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析診斷，實(shí)現(xiàn)變壓器故障的在線監(jiān)測(cè)分析。

1 項(xiàng)目研究目標(biāo)

大型變壓器作為電力生產(chǎn)和輸送的主要變電設(shè)備，是整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的核心設(shè)備之一，其安全性能至關(guān)重要。由于諸多方面的原因，設(shè)備的突發(fā)故障時(shí)有發(fā)生，一旦出現(xiàn)嚴(yán)重故障，會(huì)出現(xiàn)大面積停電，嚴(yán)重影響了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，必將造成重大經(jīng)濟(jì)損失。因此，為確保大型變壓器的安全運(yùn)行，大型變壓器的定期檢修以及狀態(tài)維護(hù)，是今后變壓器維護(hù)方式的發(fā)展方向。

油中溶解氣體分析診斷技術(shù)包括從設(shè)備中取出油樣，再?gòu)挠椭蟹蛛x溶解氣體，用氣相色譜或其他技術(shù)分析該氣體的成分和含量，判定設(shè)備內(nèi)有無(wú)內(nèi)部故障，診斷其故障類型，并推定故障點(diǎn)的溫度、故障能量等。

一般認(rèn)為，變壓器發(fā)生故障時(shí)生成的特征氣體主要有氫氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等。變壓器發(fā)生不同的故障會(huì)產(chǎn)生不同的特征故障氣體量，利用絕緣油中溶解氣體分析，檢測(cè)充油電氣設(shè)備內(nèi)部早期故障，已經(jīng)成為變壓器等油浸式電氣設(shè)備絕緣監(jiān)測(cè)的一個(gè)重要手段。油中溶解氣體分析技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)有兩個(gè)：油氣分離技術(shù)和混合氣體檢測(cè)技術(shù)。在檢測(cè)過(guò)程中，油樣脫氣效率是決定檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性的重要因素，利用高效的油氣分離原理可以有效保障檢測(cè)結(jié)果。

變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用真空及振蕩相結(jié)合的的油氣脫氣技術(shù)，配合使用當(dāng)今國(guó)際最新高效復(fù)合色譜柱及高精度傳感器。主要原理為變壓器油經(jīng)油氣分離器，在真空及攪拌振蕩作用下實(shí)現(xiàn)油氣分離，冷阱除雜后，故障特性氣體被導(dǎo)入定量室。定量室中的混合故障氣體在載氣的作用下經(jīng)過(guò)色譜柱，色譜柱對(duì)不同氣體具有不同的親和力作用，故障特性氣體被依次分離出。氣敏傳感器按出峰順序?qū)收咸匦詺怏w逐一進(jìn)行檢測(cè)，并將故障氣體（氫氣（H2）、一氧化碳（CO）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）或二氧化碳（CO2）七種故障特征氣體做出準(zhǔn)確分析，并能輔助實(shí)現(xiàn)油中微水的在線分析）的濃度特性轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。數(shù)據(jù)采集器中心CPU對(duì)電信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理、存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)采集器嵌入式工控機(jī)經(jīng)RS485通訊獲取本機(jī)日常監(jiān)測(cè)原始數(shù)據(jù)。嵌入式數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，分別計(jì)算出故障氣體各組份及總烴含量。后臺(tái)主控計(jì)算機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)對(duì)變壓器油色譜數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析診斷，實(shí)現(xiàn)變壓器故障的在線監(jiān)測(cè)分析。

圖1系統(tǒng)原理圖

2 項(xiàng)目研究必要性

在變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，市場(chǎng)上的同類產(chǎn)品都需要外置載氣瓶，以供油色譜脫氣和氣相分離。載氣瓶存在儲(chǔ)氣量變化的缺點(diǎn)，不能有效配合真空攪拌振蕩這種高效的脫氣技術(shù)，需要研究一種可以可持續(xù)提供穩(wěn)定氣源的裝置，為變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供可靠的載氣。另外，根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)的最新指導(dǎo)意見(jiàn)（變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)裝置質(zhì)量提升方案）中提到，監(jiān)測(cè)周期是2個(gè)小時(shí)，即現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置每?jī)蓚€(gè)小時(shí)采樣一次。通過(guò)連續(xù)的不間斷的測(cè)量，以發(fā)現(xiàn)突發(fā)性故障特征氣體升高的現(xiàn)象。根據(jù)以前的導(dǎo)則要求，變壓器油色譜采樣裝置的采集周期是每天一次，而現(xiàn)在的目標(biāo)最少每天12次，這使每瓶載氣的使用壽命由半年縮短為一個(gè)月。其中載氣的使用頻率高，使得每瓶載氣的實(shí)際使用周期大大降低，不得不頻繁更換載氣。這遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了現(xiàn)場(chǎng)的使用要求。

3 項(xiàng)目實(shí)施意義

變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無(wú)載氣瓶設(shè)計(jì)可以增加檢測(cè)頻率，降低后期維護(hù)的工作量。真空攪拌振蕩脫氣技術(shù)實(shí)現(xiàn)油氣分離；冷阱設(shè)計(jì)可徹底隔離了油氣分子對(duì)重要部件的污染。避免色譜柱、傳感器毒化，確保了檢測(cè)性能，有利確保和提高系統(tǒng)檢測(cè)的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備完全免維護(hù)。變壓器油閉路循環(huán)與電磁激振技術(shù)不但加快了油氣的分離速度，同時(shí)也確保了被檢測(cè)油樣的活性，不消耗、不污染變壓器油。如果使用外置載氣瓶的變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)配合真空攪拌振蕩脫氣技術(shù)，當(dāng)載氣瓶中氣體含量低的時(shí)候，可導(dǎo)致載氣供給量不足，從而影響脫氣效率，使得監(jiān)測(cè)結(jié)果出現(xiàn)誤差。如果利用氣源發(fā)生器，則可以提供穩(wěn)定可靠的載氣，保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。

直接效益：

該成果運(yùn)行后，將大大提高檢測(cè)頻率以及檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性，提高系統(tǒng)檢測(cè)壽準(zhǔn)確性，減少后期維護(hù)費(fèi)用。

間接效益：

變電站設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)變電設(shè)備狀態(tài)運(yùn)行檢修管理、提升變電專業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行管理精益化水平的重要手段。系統(tǒng)通過(guò)各種傳感器技術(shù)、廣域通信技術(shù)和信息處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)各類變電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、監(jiān)視預(yù)警、分析診斷和評(píng)估預(yù)測(cè)，其建設(shè)和推廣工作對(duì)提升電網(wǎng)智能化水平、實(shí)現(xiàn)輸變電設(shè)備狀態(tài)運(yùn)行管理具有積極而深遠(yuǎn)的意義。

4 結(jié)語(yǔ)

此技術(shù)的研究可提升變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置使用效果和運(yùn)行可靠性，充分發(fā)揮監(jiān)測(cè)裝置的作用，保障變壓器安全穩(wěn)定運(yùn)行，切實(shí)做到實(shí)時(shí)監(jiān)視設(shè)備狀態(tài)，及時(shí)準(zhǔn)確檢出設(shè)備異常，避免重大設(shè)備事故發(fā)生。并可以減低在線監(jiān)測(cè)裝置的誤報(bào)率、漏報(bào)率、故障率，提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率。