变压器绝缘油色谱在线监测探究

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　　摘要：变压器是电力系统的主要设备之一，保证变压器的安全可靠运行，对提高电力系统的供电可靠性具有十分重要的意义。变压器油中溶解气体色谱分析的在线监测方法是基于油中溶解气体分析理论，它直接在现场实现油色谱的定时在线智能化监测与故障诊断，不仅可以及时掌握变压器的运行状况，发现和跟踪存在的潜伏性故障，并且可以及时根据专家系统对运行工况自动进行诊断。因此，变压器油中溶解气体在线监测及故障诊断装置的应用具有重要的现实意义和实用价值。
　　关键词：变压器；绝缘油；色谱分析
　　1 变压器色谱在线监测
　　1.1 色谱在线监测的必要性
　　绝缘油和固体绝缘材料由于热或电能作用分解出的气体经对流、扩散, 不断地溶解在油中。这些气体的组成和含量与故障的类型及其严重程度有密切关系。因此,分析溶解于油中的气体, 就能尽早发现变压器内部存在的潜伏性故障。
　　油色谱分析法判断故障的可靠性高,但常规的实验室油色谱分析法存在一系列不足之处, 不仅脱气中可能存在较大的误差, 而且检测曲线的人工修正也会加大误差, 主要存在以下问题:l)从取油样到实验室分析,作业程序复杂, 花费的时间和费用较高, 在技术经济上不能适应电力系统发展的需要;2)时效性差, 变压器发生保护动作后, 要迅速恢复运行, 首要的问题是要通过油色谱分析得知变压器的绝缘状况, 时效是最突出的问题;3)检测周期长, 不能及时发现潜伏性故障和有效地跟踪发展趋势;4)受设备费用和技术力量的限制, 不可能每个电站都配备常规油色谱分析仪;5)运行人员无法随时掌握和监视本站变压器的运行状况,运行可靠性会进一步下降, 不能充分发挥油色谱分析法的有效性和优点。因此, 变压器油中溶解气体色谱分析的在线监测就成为安全、可靠运行的有效手段之一。
　　现阶段, 应用最广的在线监测系统仍是基于气相色谱原理。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,但它直接在变压器现场实现油色谱的定时在线智能化监测与故障诊断。正常运行时, 不仅可以及时掌握变压器的运行状况, 发现和跟踪存在的潜伏性故障, 并且可以及时根据专家系统对运行工况自动进行诊断, 以便相关人员及时做出处理。同时, 可以通过长期、连续油色谱分析法的监测, 提高对异常数据诊断的可靠性, 可以在主控室对变电站每台主变压器的油色谱分析进行巡回在线监测。根据需要,还可以实现反映变压器电气异常的多特征量, 色谱、局放、介损等的在线智能化监测和对故障综合评判诊断, 以及实现区域系统内在线监测的连机显示,集中进行专业管理, 实现整个变电站运行工况的在线智能化监测与诊断。
　　1.2 变压器油中溶解气体在线监测装置的作用
　　变压器油中溶解气体在线监测装置主要包括油中气体组分含量的检测和故障的诊断两大部分。现有的大多数在线监测装置主要功能是在线监测油中气体组分含量及超闭值报警。从运行部门来考虑,采用变压器油中溶解气体在线监测装置的目的是实时或定时监视变压器的运行状态, 监测正常运行工况, 诊断变压器内部存在的故障性质、类型、严重程度并预测缺陷的发展趋势, 指导运行部门对变压器的管理和维修。
　　1.2.1 运行状态监测
　　由于变压器油中溶解气体的离线色谱分析是在运行状态下取油样、实验分析, 而在线监测也是在运行状态下取油样, 并且直接对油中溶解气体进行分析。因此, 严格来说, 如果排除各种人为因素, 两者的油中溶解气体检测数据的绝对值应当可比, 随检测时间的变化趋势也应当一致, 并且数据值应具有重复性和再现性。因此, 变压器油中溶解气体在线监测的任务与离线色谱分析应具有一致性, 即了解和掌握变压器的运行状态, 结合在线监测项目(如局部放电等)和投运前后的状况, 对变压器运行状态进行评估, 判断其处于正常或非正常状态, 对状态给予显示、存储,并对异常状态予以超值报警, 以便运行人员及时给予处理,并为变压器的故障分析诊断提供信息和准备基础的数据。
　　1.2.2 故障诊断
　　故障诊断的任务是根据状态监测获得的在线信息,专家系统结合被监测变压器自身的结构特性、参数及运行环境, 考虑变压器的运行历史, 即存储的运行记录、曾发生过的故障等, 根据诊断判据对变压器已发生或可能发生的故障进行判断, 确定故障的性质、类别、程度、原因、故障发生和发展的趋势甚至后果, 提出控制故障继续发展和维修的对策。由于故障和征兆之间不是一一对应关系, 即一种故障可能对应多种征兆, 一种征兆可能对应着多种故障, 除主要征兆外还存在一系列其它征兆。因此, 一种油中溶解气体在线监测装置的功能是否齐全和优良,其故障诊断的方法也非常重要。
　　1.2.3 对变压器状态维修的指导能力
　　虽然实践证明定期预防性检修制度对预防事故的发生起到很大的作用, 但也可能出现过剩维修或不足维修的弊病。因此状态检修已成为各国追求的一种科学而合理的检修制度,但是状态维修在很大程度上要依赖于状态监测及故障智能诊断技术的实施和进一步发展。因此, 只有变压器油中溶解气体在线监测装置监测的特征气体种类、组分含量的准确度、诊断方法的科学性、专家系统的可靠性以及整个装置的稳定性等均满足工程要求的条件, 对变压器的状态维修才具有指导意义,同时价格合理,才能得到广泛采用。
　　2 基本技术要求及评价方法
　　2.1 基本技术要求
　　对变压器油色谱在线监测系统的功能及技术方面的基本要求如下:
　　(l)装置应能在线、实时、连续地监测和显示油中单组分或全组分特征气体含量,并尽可能地提供油中微水的检测功能。
　　(2)要求取样方便、安全、可靠, 安装简单、无渗漏。要求不对变压器油造成污染,不能将空气带入变压器油中, 不消耗变压器油。
　　(3)油气平衡时间应尽量短, 一般要求小于24h 。油气分离装置应有长周期的使用寿命。
　　(4)监测单元提供自检功能, 并可将自检结果上传到上位机。
　　(5)上位机能够接收和执行来自主站对监测单元和上位机的参数修改指令。
　　(6)对各组分的气体最低检测限要求在1μL/L左右, 对C2H2要求能够达到0.5μL/L的最低检测限。
　　(7)测量单元的安装不应影响一次设备的安全运行, 并可在不停电的情况下对监测装置进行安装、检修和维护。
　　(8)要求监测系统具备远程监测、分析功能, 可通过局域网和电话线实时获取监测数据,自动进行故障诊断和异常报警。
　　(9)在线监测装置应在现场电磁干扰环境下具有良好的稳定性和可靠性。
　　(10)在线监测装置测量数据与试验室试验数据相比, 应具有可比性。
　　(11)在运行2年内的数据检测精度应在技术指标规定范围内, 即装置的标定周期应大于2年, 以减轻维护压力。
　　(12)油样的采取能保证油品的正确性, 应是循环部位的油样。
　　2.2 基本评价方法
　　为了达到变压器油中溶解气体在线监测的目的, 对各种商业化的变压器油中溶解气体在线监测装置的实用性要有一个综合评价体系。
　　2.2.1 装置的可靠性
　　变压器油中溶解气体在线监测装置要能长期稳定运行, 不允许出现误报警或漏报警, 必须有足够长的定标周期和数年以上的使用寿命, 应比实验室或便携式仪器的要求要严格得多。
　　2.2.2 监测数据的准确性
　　在线监测装置测得的油中气体组分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绝对值可比, 趋势一致,同时数据要有重复性和再现性。因此, 油中溶解气体在线监测必须尽可能在靠近油流动处安装,使变压器内部因故障产生的气体尽快到达检测器而被检测,否则,故障油气延迟被检测器检测到,使测试结果失去了及时性和准确性, 也就失去了在线监测最终的意义。

　　2.2.3 诊断的可信度
　　如果变压器油中溶解气体在线监测装置的功能是对运行中变压器缺陷的初期诊断,当监测仪出现报警时, 应取油样进行色谱分析, 进行综合判断, 以确认故障是否存在并进一步判断故障的类型及其严重程度。实际上, 变压器在开始运行就或多或少地含有一定量的不同组分的气体。检测变压器内部缺陷严重程度的主要依据是气体增长速率而不是气体含量的绝对值,故对于运行年限不同的变压器,其初期可燃气体含量不同, 在线监测装置应具有不同报警水平的可调功能。
　　如果某种变压器油中溶解气体在线监测装置的功能,除具有上述不同报警水平的可调功能外, 还具有自动判断故障类型、性质、严重程度及发展趋势预测等功能,则要求诊断的可信度至少要与离线色谱分析仪的分析准确度可比。这类装置目前在运行部门最受欢迎, 不过往往在报警后仍习惯取油样在实验室进行色谱分析。如果经运行部门多年运行考核, 两者的结果绝对值可比、趋势一致,其可信度将会推动以在线监测为基础的状态维修的实施。因此, 凡称具有这种功能的在线监测装置, 其测量结果的可信度一定要稳定、有可比性。
　　2.2.4 在线监测装置的自动化程度
　　随着自动化控制技术和人工智能的发展, 电力系统已投入了各类专家系统, 因此在线监测装置的信号处理技术不仅要智能化程度高,而且要预留与变电站自动化管理装置的接口,运行部门需要时可将在线监测装置与计算机联网。同时, 油中溶解气体在线监测装置的诊断装置能与多台在线监测项目的检测结果构成综合智能诊断系统, 科学地判断变压器的运行工况。
　　2.2.5 在线监测装置的造价
　　在线监测的最终目的是保障电气设备的安全运行并提高经济效益,高效率的在线监测仪在长期运行中能降低一些设备的不可用率, 减少维修费用, 提高供电部门的供电可靠性。我国多年来的事故统计表明, 变压器的故障率大约为1% , 因此所能投入的在线监测费用估计也在这一水平,但这仅仅是从直接经济损失进行的评估, 变压器故障给电力部门所造成的间接损失要比直接损失大得多。为了保证变压器的安全可靠运行, 安装油中溶解气体在线监测装置是非常必要的,但在线监测装置的价格应当尽可能低。
　　3 结语
　　在线监测及诊断技术在我国有良好的运用前景。通过使用、提高后，可推广用于高压电容型设备介质损耗的监测，铁芯电流和污秽电流的监测，温度、湿度的监测，局部放电的监测，逐步取代离线人工监测。实现以在线监测为基础的状态检修打下良好的基础。

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