變壓器油中溶解氣體的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)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(shù)進(jìn)行故障診斷的快捷性，文章開(kāi)發(fā)了一套主要監(jiān)測(cè)氫氣H2和乙炔C2H2的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。用Φ6管道通過(guò)變壓器預(yù)留口采集絕緣油，再通過(guò)油氣分離膜分離出氣體。采用電化學(xué)傳感器SGA-400進(jìn)行氣體數(shù)據(jù)采集，在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置上進(jìn)行閾值判斷，同時(shí)，通過(guò)RS485總線(xiàn)傳至上位機(jī)，進(jìn)一步診斷故障類(lèi)型。系統(tǒng)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故障診斷及時(shí)，分辨率高。

關(guān)鍵詞：油中溶解氣體分析;在線(xiàn)監(jiān)測(cè);電化學(xué)傳感器

隨著電網(wǎng)數(shù)字化和智能化程度越來(lái)越高，電力設(shè)備的狀態(tài)檢修成為設(shè)備維護(hù)的主要策略。電力變壓器在輸配電系統(tǒng)中起著樞紐作用，必須保障穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，變壓器的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)也得到了快速發(fā)展。

當(dāng)油浸式電力變壓器長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)，在絕緣油中就會(huì)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(lèi)型，氣體組分和濃度不相同。

通過(guò)監(jiān)測(cè)油中溶解氣體的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)—油色譜分析[1]目前發(fā)展比較成熟。但是監(jiān)測(cè)裝置比較復(fù)雜，使用繁瑣，價(jià)格昂貴。根據(jù)特征氣體預(yù)警故障的原理，檢測(cè)油中的氫氣和乙炔，H2是變壓器故障預(yù)警的敏感性氣體，C2H2是區(qū)分油浸式變壓器過(guò)熱性和放電性故障的標(biāo)志性氣體[2]。開(kāi)發(fā)了一套使用方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)載氣的油氣采集及狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

1? ? 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成

油中溶解氣體在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由油氣采集單元、氣體檢測(cè)單元、數(shù)據(jù)處理單元、通信控制單元和監(jiān)控軟件等模塊組成。各個(gè)功能模塊協(xié)同工作，如圖1所示。氣體監(jiān)測(cè)單元采用兩條不銹鋼軟管與變壓器的預(yù)留監(jiān)測(cè)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(jiān)測(cè)單元是系統(tǒng)的主要設(shè)備環(huán)節(jié)，主要由油氣分離膜組件、電化學(xué)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(jīng)過(guò)第3個(gè)接口連接壓力控制模塊，分離出來(lái)的氣體被送進(jìn)電化學(xué)傳感器室，電化學(xué)傳感器采用SGA-400B系列的智能傳感器模組進(jìn)行氣體數(shù)據(jù)采集。溫度控制模塊主要實(shí)現(xiàn)溫度控制，提高檢測(cè)的精度。壓力控制模塊和溫度控制模塊配合，在最短時(shí)間內(nèi)達(dá)到油氣平衡。

氣體數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)電化學(xué)傳感器采集后在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置上進(jìn)行報(bào)警閾值判斷，同時(shí)，通過(guò)485總線(xiàn)同步傳給上位機(jī)，計(jì)算出氫氣和乙炔的含量，根據(jù)氣體標(biāo)定，進(jìn)行故障判斷。

2? ? 數(shù)據(jù)采集及處理流程

數(shù)據(jù)處理單元首先對(duì)氣體傳感器SGA-400B初始化，然后設(shè)定氣體的故障判讀閾值，采集的氣體含量的模擬量轉(zhuǎn)化成電信號(hào)后，進(jìn)行放大、數(shù)據(jù)處理、智能計(jì)算，每隔固定時(shí)間對(duì)氣體檢測(cè)一次，在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置上顯示。H2的監(jiān)測(cè)范圍為0～3×10-3;C2H2氣體的監(jiān)測(cè)范圍為0～1×10-3，測(cè)量的準(zhǔn)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(guò)氫氣和乙炔進(jìn)行變壓器故障判斷[5]，如表1所示。

當(dāng)同時(shí)檢測(cè)到H2和C2H2時(shí)，說(shuō)明變壓器發(fā)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(diǎn);當(dāng)只檢測(cè)到H2時(shí)，可以斷定變壓器發(fā)生了過(guò)熱故障，從過(guò)熱的原因確定故障點(diǎn)。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

開(kāi)發(fā)了一套主要監(jiān)測(cè)變壓器油中溶解氣體H2和C2H2的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)管道采集變壓器絕緣油，再經(jīng)過(guò)油氣分離膜進(jìn)行油氣分離，分離出來(lái)的氣體經(jīng)過(guò)電化學(xué)傳感器SGA-400B進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集的數(shù)據(jù)在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)裝置上顯示，并與標(biāo)定的氣體濃度進(jìn)行比較，判斷是否報(bào)警處置，同時(shí)，數(shù)據(jù)通過(guò)RS485總線(xiàn)傳到上位機(jī)，進(jìn)行故障類(lèi)型的診斷。系統(tǒng)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故障診斷及時(shí)，分辨率高。

[參考文獻(xiàn)]

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[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(fù)合膜和電化學(xué)傳感器的變壓器油中溶解氣體的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].理化檢驗(yàn)（化學(xué)分冊(cè)），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(cè)技術(shù)[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(xiàn)色譜分析系統(tǒng)[J].山東工業(yè)技術(shù)，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