氣相色譜分析在變壓器現(xiàn)場在線監(jiān)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?qū)⒏唠妷恨D(zhuǎn)變?yōu)榭捎玫碾妷?。從電網(wǎng)系統(tǒng)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(xiàn)故障問題，就會對整個電力網(wǎng)絡產(chǎn)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(zhì)量，減少故障問題的發(fā)生[1]。如果設備在運行的時候出現(xiàn)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(xiàn)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(yè)的發(fā)展。因此，變壓器在線監(jiān)測既要考慮電力系統(tǒng)生產(chǎn)的安全性，又要減少變壓器本身存在的問題對人們?nèi)粘Ｉ畹呢撁嬗绊懀_保變壓器的整體使用質(zhì)量始終能滿足人們對變壓器和電力系統(tǒng)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?qū)⒏唠妷恨D(zhuǎn)變?yōu)槌煽捎玫碾妷?。從電網(wǎng)系統(tǒng)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(xiàn)故障問題，就會對整個電力網(wǎng)絡產(chǎn)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(zhì)量，減少故障問題的發(fā)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(xiàn)異常情況，導致線路過熱，并出現(xiàn)故障問題。電路回路的時候，因為電阻的不斷增加，從而引發(fā)線路過熱現(xiàn)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(nèi)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(xiàn)減弱現(xiàn)象，然后出現(xiàn)電力變壓器運行不穩(wěn)定的現(xiàn)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(yè)在具體工作的時候，如果套管出現(xiàn)故障問題，對電力變壓器的正常運行產(chǎn)生不利影響。而套管故障主要表現(xiàn)在套管的損壞和套管的受潮等，以上問題出現(xiàn)的原因如下：①電力變壓器的使用強度太大，出現(xiàn)套管的破損現(xiàn)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(nèi)部電流等因素，電力變壓器經(jīng)常會出現(xiàn)套管脫釉或者表面破損等現(xiàn)象；②電力企業(yè)在安裝的時候出現(xiàn)一些失誤現(xiàn)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(xiàn)安裝失誤，這就容易發(fā)生密封不嚴實等情況，進而影響其安裝質(zhì)量，如果套管的內(nèi)部與外部連接在一起，在水汽的影響下會出現(xiàn)套管受潮。

1.3 自動跳閘故障

電力企業(yè)在使用電力變壓器的時候，受到人為要素或電力變壓器內(nèi)部的影響，容易出現(xiàn)自動跳閘故障問題。所以電力企業(yè)要更好地避免故障問題所帶來的損失，電氣企業(yè)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(tǒng)的正常運行[3]。如果人為原因而出現(xiàn)自動跳閘現(xiàn)象，工作人員結(jié)束檢修工作之后就可以繼續(xù)使用變壓器?？墒钱斪儔浩鲀?nèi)部出現(xiàn)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(xiàn)不可挽回的爆炸事件。

2 變壓器在線監(jiān)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(tǒng)內(nèi)部電壓的升高[4]。作為穩(wěn)定電力系統(tǒng)的重要工具，變壓器在高壓電力系統(tǒng)中的運行過程也越來越受到人們的關注。變壓器在線監(jiān)測應嚴格遵循定期定點檢測的原則，詳細記錄檢測數(shù)據(jù)，最后匯總到檢測日志中。可以發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的離線檢測明顯不符合當前的發(fā)展趨勢。檢測過程中的缺點證明，傳統(tǒng)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(jiān)測可以隨時發(fā)現(xiàn)變壓器的故障，判斷是內(nèi)部故障還是外部故障。如果是內(nèi)部故障，大多數(shù)情況下的原因是油箱內(nèi)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(nèi)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(fā)生內(nèi)部或外部故障的頻率較高。為了盡量減少故障發(fā)生的頻率，有必要考慮內(nèi)部和外部都需要有效處理，以減少故障的發(fā)生[5]。

3 變壓器常見在線監(jiān)測技術

3.1 局部放電在線監(jiān)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(fā)生高壓局部放電時，產(chǎn)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(shù)，如個數(shù)、大小以及相位等等。這種方法的優(yōu)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(jiān)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(fā)電機等等。這種方法的優(yōu)點是設備安裝較為簡便，而且能夠適合多種系統(tǒng)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(jiān)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(fā)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(nèi)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(yōu)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(yōu)勢，因此其具發(fā)展前景。

3.2 油色譜在線監(jiān)測

在研究變壓器油色譜分析作用機理的過程中，發(fā)現(xiàn)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(zhì)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(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(fā)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(xù)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(jiān)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(zhì)為采取各種物質(zhì)，基于不同的相態(tài)進行選擇性分配，物質(zhì)不同的情況下，兩相之間具有不盡相同的分配，物質(zhì)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(shù)的增加，實現(xiàn)多次分配，分離開混合物內(nèi)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(jiān)測，主要是利用了擴散原理，利用一側(cè)為變壓油，另一側(cè)為氣室的聚合薄膜，由于這種薄膜兩側(cè)氣壓不平衡，利用這種特性，經(jīng)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(xiàn)對變壓器的有效監(jiān)測[9]。這種方法的優(yōu)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(zhì)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(tài)頂空脫氣法。應用這種方法實現(xiàn)對變壓器的在線監(jiān)測，主要工作原理是在采樣瓶內(nèi)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(nèi)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(jù)分配系統(tǒng)確定不同的氣體樣品的停留時間，分配系數(shù)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(shù)。之后將其轉(zhuǎn)換為電信息號輸入到計算機中，實現(xiàn)對變壓器的在線監(jiān)測。應用這種在線監(jiān)測方法，其優(yōu)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(diào)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(jù)氣體吸收波長的紅外線的實際情況，對頻率進行調(diào)整，實現(xiàn)多次激發(fā)氣體，再將氣體以輻射或非輻射方式，回到基態(tài)。在這一過程中，局部溫度升高，促使封閉的光聲室產(chǎn)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(yōu)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(yōu)點。由于它的諸多優(yōu)點，越來越受到人們的青睞。

5 結(jié)束語

現(xiàn)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(yè)的發(fā)展，所以電力企業(yè)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(tǒng)，可以促進電力系統(tǒng)的正常運行。對此，應進一步加強對各種變壓器監(jiān)測技術的應用研究，探究最佳的變壓器監(jiān)測方式，從而更準確、快速地進行故障處理，保證變壓器穩(wěn)定運行，為人們的安全和用電的耐久性提供良好的條件。