论文部分内容阅读
【摘要】通过安装变压器色谱在线监测装置系统，可以定量、自动、快速地在线监测变压器油中溶解故障气体的含量及其增长率，并通过故障诊断专家系统提前预测变压器故障隐患信息，及时发现大型油变压器内部过热、放电等故障，避免因变压器事故，造成电网故障，提高变压器运行的可靠性，及时对其进行预防性维修，使得电力系统安全可靠的运行。
【关键词】变压器；色谱在线监测；电网；安全
Abstract： Through the installation of online monitoring system of transformer chromatogram， contents and growth can be dissolved gases in transformer oil online monitoring fault rate quantitative， automatic， rapid， and through the fault diagnosis expert system of transformer fault forecast hidden information， timely discovery of large oil transformer internal overheat， discharge fault， to avoid accidents caused by the fault of transformer，， to improve the reliability of the transformer operation， in a timely manner to its preventive repair， the safe and reliable operation of power system.
Key words： Transformer，chromatographic online monitoring，network，security
引言
从五十年代起，由于110kV以上电压等级的大型电力变压器在电网中已经占有主导地位，电网容量逐渐增大，电压等级也随之提高，任何一台电力变压器故障均有可能造成电网事故，所以电力变压器的运行可靠性就显得相对比较重要，而提高供电可靠性的本质，应从预测性维修制逐渐演变为维修预防制。在此过程中，人们逐渐探索定期对电力变压器的绝缘进行测试研究，逐渐总结出了对变压器的预防性试验试行标准；据有关资料记载，从六十年代起，电力系统相继制定出了比较规范的停电预防性试验标准，从而进入了预防性维修制时代，并将这一预防性试验标准直延续至今。
进入预防性维修制时代以后，人们逐渐认识和发现定期停电进行预防性试验的缺陷和不足。因此，国内外相继都在研究以在线监测为基础的预防性维护策略，以便实时或定时在线监测与诊断变压器内部潜伏性故障或缺陷。对于变压器油中溶解气体色谱分析的在线监测方法，虽然仍以油中溶解气体为反映故障的特征量，但它是直接在变压器现场实现油色谱的定时在线智能化监测于故障诊断。
1、色谱在线系统的工作原理
变压器色谱在线监测系统是利用真空差压方式将变压器油吸入到油样采集单元中，通过油泵进行油样循环；油气分离单元采用不渗透油只渗透各种气体的透气膜，快速分离油中溶解气体至气室，内置的微型气体采样泵把分离出来的气样输送到六通阀的定量管内并自动进样，分析变压器油中溶解的H2、CO、CH4、C2H4、C2H2、C2H6等六种气体的含量及其增长率[1]；在高纯氮气的推动下，样气经过色谱柱分离，按顺序进入气体检测器；数据采集单元完成AD数据的转换和采集，嵌入式处理单元对采集到的数据进行存储、计算和分析，并通过RS485/CAN/100M将数据上传至数据处理服务器（安装在主控室），最后由状态监测与预警软件进行数据处理和故障分析。
而变压器油的主要成份是由H2、CO、CO2、烃类等混合物组成。当变压器内部发生故障时，变压器油就会分解出气体，当故障严重时，也可能聚集成游离气体。不同的故障会产生不同的特征气体，这些故障气体的组成和含量与故障类型及严重程度有密切关系。分析溶解于油中的气体，就能尽早发现设备内部存在的潜伏性故障，并随时监视故障的发展状况。
2、色谱在线监测系统安装形式
2.1确定取油口和回油口的位置
变压器色谱在线监测系统从变压器中部取样阀处取油、对油进行分析，然后把油从变压器底部取样阀送回。只是将原有的取样阀改为一个三通的取样阀，也不影响离线取样。取油口和回油口的选择对于油中溶解气体的精确分析是非常重要的。取油口位置的油应该能够充分代表变压器中的油。
2.2色谱数据采集器安装位置的确定
色谱数据采集器应该安装在不影响变压器维护的位置；前后两侧应预留1.0米的空间，以便用于色谱数据采集器的安装与维护。其正面应面向巡检通道；安装位置应尽量接近取油口和回油口的位置。色谱数据采集器安装位置确定后应正确估算取油口、回油口与安装位置的距离；安装位置附近应有220V交流电源。
3、色谱在线监测装置的特点
3.1色谱在线监测数据的可靠性要高
变压器色谱在线监测装置运行相对比较可靠，能够将变压器油中溶解气体在线监测装置中分离出来，不允许出现误报警或漏报警，而且有较长的使用寿命，比实验室或便携式仪器所测量的数据可靠性要高的多。
3.2监测数据的准确性
经多次试验，色谱在线监测装置测得的变压器油中气体成份及其含量，应与同时间所取油样在实验室常规气相色谱分析的数据相比，趋势基本一致。因此，色谱在线监测装置尽可能安装在靠近油流动的位置，使变压器油因内部故障产生的气体尽快到达油气分离单元而被检测，使测试结果失去了及时性和准确性。 3.3色谱在线监测装置[2]故障诊断可信度高
色谱在线监测装置可以提前对运行中的变压器内部故障做出初期诊断，及时将故障做出报警，并将报警信号传输到控制室，提醒运行人员立即取油样进行色谱分析，以判断故障是否存在，及故障的类型和严重程度等功能。实践证明色谱在线监测装置诊断变压器内部故障的可信度与离线色谱分析仪的分析准确度可比。色谱在线监测装置在绝缘技术监督会上，得到专家们推广和认可。目前在发电企业很受欢迎，不过往往在报警后仍习惯取油样在实验室进行色谱分析。但试验告诉我们两者的结果绝对值可比、趋势一致，其可信度将会推动变压器实施以在线监测为基础的状态维修的进程。
4、色谱在线监测系统故障诊断实例
内蒙古国华准格尔电厂二号主变在2008年9月进行离线色谱分析时发现乙炔含量已经达到2.23ppm，为保证变压器安全可靠，对该主变采取每天一个样的跟踪分析，大大增加了维护人员的工作量。为此，该主变于2008年11月3日起安装了MGA2000-6H型变压器色谱在线监测系统，在线监测所得数据与实验室离线数据较吻合，二号主变其油中溶解气体浓度呈分间段持续上升的趋势，实时跟踪色谱数据的发展。以下是在线监测数据与离线色谱数据的发展趋势对比图：
通过上述实例的对比与分析，可以如下结论：
1） MGA2000-6H变压器色谱在线监测装置监测的数据趋势，与实验室抽样色谱分析结果具有一致的发展趋势，各种气体的浓度的增长趋势与实验室色谱跟踪趋势一致，由此可以说明变压器色谱在线监测数据可信。
2） MGA2000-6H变压器色谱在线监测装置监控软件功能强大，可以绘制原始谱图，并能保存十年变压器的谱图数据，为日后分析变压器色谱发展趋势，提供了可靠的依据。产品性能稳定可靠，灵敏度较高。
5、结语
变压器内部故障事故一般都会有一个产生、发展的趋势过程，也是从量变到质变的过程。变压器内部的绝缘油、绝缘纸和层压木等绝缘材料都为碳的化合物，在变压器内部发生故障的情况下，故障点的温度也会随着故障的扩大而升高，从而将这些绝缘材料分解出溶解于油的气体，并具有一下特征。当故障点的温度较低时，甲烷为主要特征气体，故障点的温度升高，乙烯所占比例增加，也成为特征气体的主要部分，同时绝缘油中氢气含量也随之增加。利用气相色谱分析[3]变压器油的气体组分及其含量，能够使技术人员充分掌握并监测变压器的运行状态，能够提前知道变压器内部是否存在潜伏性故障，及时采取措施作出正确处理，防止事故扩大，而色谱在线监测装置能够有效的跟踪变压器的运行状态，是一种稳定可靠的变压器色谱在线监测系统。
参考文献
[1]DL T7252-2001 变压器油中溶解气体分析和判断导则[S].北京：中国电力出版社，2001
[2]肖登明.电力设备在线监测与故障诊断[M].上海：上海交通大学出版社，2005
[3]华北电网公司.电力设备交接和预防性试验规程[S].北京：中国电力出版社，2008
【关键词】变压器；色谱在线监测；电网；安全
Abstract： Through the installation of online monitoring system of transformer chromatogram， contents and growth can be dissolved gases in transformer oil online monitoring fault rate quantitative， automatic， rapid， and through the fault diagnosis expert system of transformer fault forecast hidden information， timely discovery of large oil transformer internal overheat， discharge fault， to avoid accidents caused by the fault of transformer，， to improve the reliability of the transformer operation， in a timely manner to its preventive repair， the safe and reliable operation of power system.
Key words： Transformer，chromatographic online monitoring，network，security
引言
从五十年代起，由于110kV以上电压等级的大型电力变压器在电网中已经占有主导地位，电网容量逐渐增大，电压等级也随之提高，任何一台电力变压器故障均有可能造成电网事故，所以电力变压器的运行可靠性就显得相对比较重要，而提高供电可靠性的本质，应从预测性维修制逐渐演变为维修预防制。在此过程中，人们逐渐探索定期对电力变压器的绝缘进行测试研究，逐渐总结出了对变压器的预防性试验试行标准；据有关资料记载，从六十年代起，电力系统相继制定出了比较规范的停电预防性试验标准，从而进入了预防性维修制时代，并将这一预防性试验标准直延续至今。
进入预防性维修制时代以后，人们逐渐认识和发现定期停电进行预防性试验的缺陷和不足。因此，国内外相继都在研究以在线监测为基础的预防性维护策略，以便实时或定时在线监测与诊断变压器内部潜伏性故障或缺陷。对于变压器油中溶解气体色谱分析的在线监测方法，虽然仍以油中溶解气体为反映故障的特征量，但它是直接在变压器现场实现油色谱的定时在线智能化监测于故障诊断。
1、色谱在线系统的工作原理
变压器色谱在线监测系统是利用真空差压方式将变压器油吸入到油样采集单元中，通过油泵进行油样循环；油气分离单元采用不渗透油只渗透各种气体的透气膜，快速分离油中溶解气体至气室，内置的微型气体采样泵把分离出来的气样输送到六通阀的定量管内并自动进样，分析变压器油中溶解的H2、CO、CH4、C2H4、C2H2、C2H6等六种气体的含量及其增长率[1]；在高纯氮气的推动下，样气经过色谱柱分离，按顺序进入气体检测器；数据采集单元完成AD数据的转换和采集，嵌入式处理单元对采集到的数据进行存储、计算和分析，并通过RS485/CAN/100M将数据上传至数据处理服务器（安装在主控室），最后由状态监测与预警软件进行数据处理和故障分析。
而变压器油的主要成份是由H2、CO、CO2、烃类等混合物组成。当变压器内部发生故障时，变压器油就会分解出气体，当故障严重时，也可能聚集成游离气体。不同的故障会产生不同的特征气体，这些故障气体的组成和含量与故障类型及严重程度有密切关系。分析溶解于油中的气体，就能尽早发现设备内部存在的潜伏性故障，并随时监视故障的发展状况。
2、色谱在线监测系统安装形式
2.1确定取油口和回油口的位置
变压器色谱在线监测系统从变压器中部取样阀处取油、对油进行分析，然后把油从变压器底部取样阀送回。只是将原有的取样阀改为一个三通的取样阀，也不影响离线取样。取油口和回油口的选择对于油中溶解气体的精确分析是非常重要的。取油口位置的油应该能够充分代表变压器中的油。
2.2色谱数据采集器安装位置的确定
色谱数据采集器应该安装在不影响变压器维护的位置；前后两侧应预留1.0米的空间，以便用于色谱数据采集器的安装与维护。其正面应面向巡检通道；安装位置应尽量接近取油口和回油口的位置。色谱数据采集器安装位置确定后应正确估算取油口、回油口与安装位置的距离；安装位置附近应有220V交流电源。
3、色谱在线监测装置的特点
3.1色谱在线监测数据的可靠性要高
变压器色谱在线监测装置运行相对比较可靠，能够将变压器油中溶解气体在线监测装置中分离出来，不允许出现误报警或漏报警，而且有较长的使用寿命，比实验室或便携式仪器所测量的数据可靠性要高的多。
3.2监测数据的准确性
经多次试验，色谱在线监测装置测得的变压器油中气体成份及其含量，应与同时间所取油样在实验室常规气相色谱分析的数据相比，趋势基本一致。因此，色谱在线监测装置尽可能安装在靠近油流动的位置，使变压器油因内部故障产生的气体尽快到达油气分离单元而被检测，使测试结果失去了及时性和准确性。 3.3色谱在线监测装置[2]故障诊断可信度高
色谱在线监测装置可以提前对运行中的变压器内部故障做出初期诊断，及时将故障做出报警，并将报警信号传输到控制室，提醒运行人员立即取油样进行色谱分析，以判断故障是否存在，及故障的类型和严重程度等功能。实践证明色谱在线监测装置诊断变压器内部故障的可信度与离线色谱分析仪的分析准确度可比。色谱在线监测装置在绝缘技术监督会上，得到专家们推广和认可。目前在发电企业很受欢迎，不过往往在报警后仍习惯取油样在实验室进行色谱分析。但试验告诉我们两者的结果绝对值可比、趋势一致，其可信度将会推动变压器实施以在线监测为基础的状态维修的进程。
4、色谱在线监测系统故障诊断实例
内蒙古国华准格尔电厂二号主变在2008年9月进行离线色谱分析时发现乙炔含量已经达到2.23ppm，为保证变压器安全可靠，对该主变采取每天一个样的跟踪分析，大大增加了维护人员的工作量。为此，该主变于2008年11月3日起安装了MGA2000-6H型变压器色谱在线监测系统，在线监测所得数据与实验室离线数据较吻合，二号主变其油中溶解气体浓度呈分间段持续上升的趋势，实时跟踪色谱数据的发展。以下是在线监测数据与离线色谱数据的发展趋势对比图：
通过上述实例的对比与分析，可以如下结论：
1） MGA2000-6H变压器色谱在线监测装置监测的数据趋势，与实验室抽样色谱分析结果具有一致的发展趋势，各种气体的浓度的增长趋势与实验室色谱跟踪趋势一致，由此可以说明变压器色谱在线监测数据可信。
2） MGA2000-6H变压器色谱在线监测装置监控软件功能强大，可以绘制原始谱图，并能保存十年变压器的谱图数据，为日后分析变压器色谱发展趋势，提供了可靠的依据。产品性能稳定可靠，灵敏度较高。
5、结语
变压器内部故障事故一般都会有一个产生、发展的趋势过程，也是从量变到质变的过程。变压器内部的绝缘油、绝缘纸和层压木等绝缘材料都为碳的化合物，在变压器内部发生故障的情况下，故障点的温度也会随着故障的扩大而升高，从而将这些绝缘材料分解出溶解于油的气体，并具有一下特征。当故障点的温度较低时，甲烷为主要特征气体，故障点的温度升高，乙烯所占比例增加，也成为特征气体的主要部分，同时绝缘油中氢气含量也随之增加。利用气相色谱分析[3]变压器油的气体组分及其含量，能够使技术人员充分掌握并监测变压器的运行状态，能够提前知道变压器内部是否存在潜伏性故障，及时采取措施作出正确处理，防止事故扩大，而色谱在线监测装置能够有效的跟踪变压器的运行状态，是一种稳定可靠的变压器色谱在线监测系统。
参考文献
[1]DL T7252-2001 变压器油中溶解气体分析和判断导则[S].北京：中国电力出版社，2001
[2]肖登明.电力设备在线监测与故障诊断[M].上海：上海交通大学出版社，2005
[3]华北电网公司.电力设备交接和预防性试验规程[S].北京：中国电力出版社，2008