變壓器油中溶解氣體色譜在線監測系統關鍵技術分析

劉懿 湯衛榮

摘要：電力系統變壓器在運行中極易潛伏一些設備故障隱患，油中溶解氣體色譜在線監測系統借助于分析變壓器氣體含量，能夠有效判斷變壓器設備中的潛藏隱患，在保障變壓器安全穩定運行方面起到重要作用。本文對變壓器油中溶解氣體色譜在線監測系統的運行原理、系統構成及工作流程加以分析，著重探究變壓器油中溶解氣體色譜在線監測系統的關鍵技術。

關鍵詞：變壓器；油中溶解氣體色譜；在線監測系統；關鍵技術

變壓器油中溶解氣體色譜在線監測主要是通過對變壓器油中溶解氣體所具備的含量加以分析檢測，根據其含量及組分，以此確定變壓器是否具有安全運行隱患。變壓器油中溶解氣體色譜在線監測系統具有極強的性價比，在變壓器故障檢測維修方面意義重大，現已得到普遍運用。

一、變壓器油中溶解氣體色譜在線監測系統的檢測機理及其系統構成

（一）變壓器在線監測的機理及基本方法

變壓器在線監測，主要是通過對其油中氣體加以檢測來實現，較為常用的在線監測方法主要有氣相色譜法、氣敏傳感器法、紅外光譜法及光聲光譜法等?，F階段，我國在油色譜應用上積累了較多的實踐經驗，油色譜技術也得到了長足發展，給變壓器油中溶解氣體色譜在線監測提供了技術保障，因此，變壓器在線監測中技術成熟度最高，使用最為普遍的是氣相色譜法。氣相色譜法的主要檢測原理是根據色譜柱中的氣體組分的不同，借助載氣作用，使氣體組分產生交換及分離，然后將分離氣體轉換為電信號，最后對其加以采集處理，最終形成色譜出峰圖[1]。

（二） 變壓器油中溶解氣體色譜在線監測系統的組成結構

通過在石化、食品及其他領域的實踐證明，變壓器氣相色譜法在檢測變壓器實時故障方面效果極為明顯。進入新時期后，檢測器技術、電氣自動化技術及色譜柱技術得以深入發展，變壓器氣相色譜法也更加便捷靈敏。在此背景下研發的變壓器氣體色譜在線監測系統，在檢測方法的自動化程度上得以提高，擺脫了原有的人工采取油樣及脫氣處理的限制，在基線確定上也實現了由人工到數據處理服務器的改進。變壓器油中溶解氣體色譜在線監測系統具備了以下特征：第一，實現了油氣分離的準確性和高效性，從而使變壓器油中溶解氣體在變化速度及組分含量的檢測上更加精準。第二，在變壓器油中溶解氣體色譜的數據處理上更加智能化、便捷化及自動化，進一步提高了變壓器油中氣體濃度的檢測水平。第三，變壓器油中溶解氣體色譜在線監測系統在監測環境的適應性上更強，可以實現在不同監測條件下保持監測的穩定性。

二、 變壓器油中溶解氣體色譜在線監測系統的運行流程

變壓器油中溶解氣體色譜在線監測系統主要運行流程包括熱油冷卻、萃取油中溶解氣體、切換及清洗流路、控制檢測器及柱箱的溫度、樣氣定量及進樣、調節基線、采集數據、數據分析、診斷故障等[2]。變壓器油借助變壓器內部的油泵，經由油氣分離設備，使變壓器油產生分離并形成溶解氣體，通過氣體萃取裝置對溶解氣體加以萃取處理，然后借助變壓器微型氣泵使其被收集到定量管中。在載氣的作用下，定量管中收集的溶解氣體可以進入到色譜柱中，此時通過檢測器記錄檢測溶解氣體中的各組組分氣體在色譜柱中的親和力，可以將帶有故障隱患的氣體加以分離，如H2、CO、C2H6、C2H2、CH4等，并使之轉換為電信號。故障氣體的濃度及電信號強度通過色譜數據采集儀器及通訊總線裝置，可以傳輸到數據處理服務器中，變壓器油中溶解氣體色譜在線監測系統數據處理服務器通過對故障氣體加以定量分析，可以得出其含有的總烴含量大小，最后借助于譜峰識別、基線跟蹤及故障診斷專家系統，可以判斷出變壓器故障氣體的演變趨勢，進而分析得出變壓器故障部位，以為變壓器檢測維修人員提供準確參考。

三、 變壓器油中溶解氣體色譜在線監測系統關鍵技術分析

（一） 變壓器溶解氣體色譜在線監測油氣分離技術

變壓器油中溶解氣體色譜在線監測系統中的油氣分離裝置，是確保變壓器氣相色譜法能夠準確快速分離故障氣體的基礎保障。在變壓器溶解氣體色譜在線監測系統的油氣分離技術上，主要實踐運用了以下幾種技術形式。

1. 膜油氣分離

借助高分子材料的分離膜，如聚四氟乙烯等，可以將其用于變壓器油中氣體的氣相色譜儀中。由于聚四氟乙烯等高分子材料分離膜具有較好的透氣性，同時兼具耐油及抗磨等特性，在早期變壓器油中溶解氣體色譜監測設備上較常將其作為設備分離膜使用。

2. 波紋管分離

借助于波紋管的良好運動性能，將其作為變壓器油其分離裝置，可以使油氣分離更加高效，又由于其在油樣提取上采用了循環方式，因此其油樣提取的準確性較高。但波紋管分離技術會對色譜柱造成污染，并且波紋管的耐磨性不強，極易使變壓器油遭受污染。

3. 動態頂空分離

這種油氣分離技術主要是借助于載氣作用，通過對變壓器油進行通氣操作，置換得到變壓器油溶解氣體，然后再通過相應的檢測裝置對其中的氣體組分進行定量分析。動態頂空分離技術一方面具備了較高的脫氣效率，但另一方面又需要耗費大量載氣，其在加載載氣的過程中進行及時的放油處理，在油樣提取質量上也相對不高。

4. 真空鼓泡分離

這種油氣分離技術是通過將變壓器油氣分離裝置進行真空處理，在脫氣裝置中導入油樣，然后對氣體加以分離，借助變壓器氣泵對提取油樣加以鼓泡操作，直至氣相濃度與變壓器液相油氣體濃度趨于平衡。這種油氣分離技術不涉及到變壓器油的消耗及污染，具備較高的脫氣效率，可在10-15min內完成脫氣過程，而且可以進行不間斷脫氣，通過這一技術可以將故障氣體分析誤差控制在10%以下[3]。

（二） 檢測器、色譜基線跟蹤及譜峰識別技術

采用氣相色譜法對變壓器故障氣體進行檢測時，應選擇靈敏度較高的檢測器，在檢測器選用上，為保持反應的高度靈敏性，可以在原有廣譜型半導體氣體檢測器的基礎上添加使用納米晶材料，以憑借其獨有的顆粒結構，提高對故障氣體的檢測效率。

變壓器油中溶解氣體色譜在線監測系統中的色譜基線跟蹤是提高定量精準度的重要途徑，在色譜基線跟蹤技術上可以選用小波變換技術，對基線加以提取，以避免色譜曲線基線出現較大的漂移，提高基線跟蹤提取的精度。

在變壓器油中溶解氣體色譜在線監測系統的譜峰識別上，主要是通過智能譜峰識別技術，將在線監測系統獲取的色譜數據與譜圖加以對比，將干擾峰及數據加以剔除，從而提高譜峰識別的準確性。

結語：

變壓器油中溶解氣體色譜在線監測系統是檢測變壓器隱藏故障隱患的重要措施方法，在現階段電網系統中實踐應用較為豐富。本文主要對變壓器油中溶解氣體色譜在線監測系統的原理、構成、運行及關鍵技術進行簡單闡述，以期為相關電力工作人員提供一定的參考借鑒。

參考文獻：

[1] 王維，王秋鵬.變壓器油中溶解氣體色譜在線監測[J].中國科技縱橫，2014，（7）：196-197+199.

[2] 葛暉，謝紅福.安徽電網變壓器油中溶解氣體在線監測系統的研制與建設[J].工業控制計算機，2014，（7）：33-34.

[3] 彭琳峰，劉小玲，周舟等.變壓器油中溶解氣體在線監測系統的應用與管理[J].湖南電力，2013，（z1）：55-60.