變壓器油中溶解氣體在線監測及診斷的研究

程韶君

長治供電公司變電檢修室

變壓器油中溶解氣體在線監測及診斷的研究

程韶君

長治供電公司變電檢修室

常規的實驗室離線油中溶解氣體分析，是通過定期在現場采取油樣，之后在實驗室色譜儀上進行分析。缺點是檢測周期長，在取油樣周期間隔中無法對變壓器油中溶解氣體進行實時有效的監測，且無法監測到變壓器的突發性故障。安裝油中溶解氣體在線監測系統可以實現對變壓器狀態的連續監測，有利于及早發現故障征兆，對突發性故障的判別尤為有效，為變壓器的安全可靠運行提供保障。

變壓器；油中溶解氣體；在線監測

各行業對電力需求日益增加，而且對供電穩定性和可靠性要求也越來越高。但是因電氣設備運行狀態的傳統檢測方式(預防性試驗)需將設備停電，不能適應現代工業和社會用電需求。于是為了既減少停電又能確切掌握電氣設備的運行狀況，并及時發現、判斷、處理設備存在的異常情況和隱患，使設備處于良好的運行狀態，世界各國相繼投入了大量的人力物力競相研究和開發了各種智能化在線監測與診斷裝置，取得了明顯的經濟效益。

1 變壓器在線監測技術原理

在早期發生故障時，變電器將會出現特征氣體，這些氣體原本是油中氫氣和一氧化碳。經過長時間運行后，變壓器內的絕緣油和有機絕緣材料會在電和熱的作用下出現分解和老化現象，從而導致油中有氣體出現。對變壓器進行在線監測，就是對變壓器油中的特征氣體進行檢測。通過設置與變壓器本體相連接的傳感器，就可以利用傳感器內部滲透膜進行氣體的有選擇吸入。而通過使這些氣體與傳感器內部燃料電池和空氣中氧氣反應，則能夠得到與反應速率成一定比例的輸出電信號。

2 油中溶解氣體在線監測裝置關鍵技術

2.1 裝置基本組成

多組分油中溶解氣體在線監測裝置一般由油氣分離單元、混合氣體檢測單元、數據處理單元和網絡接入單元等幾部分組成，如圖1所示。首先對變壓器取油樣，進行油氣分離，從油中獲取所需混合氣體，再對混合氣體進行檢測，將氣體濃度信號轉換成電信號，經數據處理單元再轉換成相應的數字信號后，通過網絡接入單元將監測數據傳送給主機。

圖1 多組分油中溶解氣體在線監測裝置系統框圖

2.2 油氣分離

油氣分離是油中溶解氣體在線監測的關鍵步驟，其氣體萃取的效果和速率直接影響裝置檢測的準確性和實時性。目前應用于在線監測裝置的油氣分離方法主要有：薄膜滲透法、真空脫氣法、平衡取氣法和吹掃捕集法等。

(1)薄膜滲透法借助有機合成的高分子膜來透析各種氣體，國內使用較多的有聚四氟乙烯膜。滲透膜加工簡單，成本低，但油氣平衡所需時間較長，并且膜易老化，目前在線監測裝置中應用較少。(2)真空脫氣法主要有波紋管式和真空泵式，利用多次伸縮產生真空，使氣體從油中脫出，脫氣效率較高，結構相對簡單，目前被多家監測裝置廠家所采用。(3)平衡取氣法通常采用振蕩或攪拌平衡的方式，攪動油樣脫氣，使油中溶解氣體在氣、液兩相達到分配平衡，根據分配定律得出油樣中各氣體組分濃度。此法較薄膜滲透法速度快，但油、氣無物理分界面，且溶解對氣體有稀釋作用，降低了之后氣體檢測的靈敏度。(4)中空纖維脫氣法它是由數千根中空纖維組成，每一根中空纖維都由高分子聚合薄膜制成。相比平板薄膜來說，中空纖維油氣表面積大了成百上千倍，從而油氣平衡時間也大大縮短。中空纖維在選擇合適材料和纖維表面積大小后，油氣平衡時間能達到2h以內。該方法必須保證變壓器連續、不斷地流過中空纖維內腔或外腔，必須采用外加油泵配合使用，由它們組成的油氣分離模塊成本比較高。

2.3 變壓器油中氣體在線監測的優點分析

變壓器油中氣體在線監測是直接在現場實現變壓器的定時在線智能化監測與故障診斷，較之離線色譜分析具有如下優點：

(1)對油中溶解氣體進行連續的檢測，可以及時掌握變壓器的運行狀況，發現和跟蹤存在的潛伏性故障；(2)可以根據專家系統對故障進行診斷，避免部分災難性事故，對實現狀態檢修、降低維護成本、提高自動化程度都是有利的；(3)可以降低如取樣方法不規范、脫氣率不高及其他操作原因等形成的誤差，獲取更真實的產氣速率，提高故障診斷的可靠性；(4)可以實現反映變壓器電氣異常的多特征量(色譜、局部放電、介質損耗等)的故障綜合評判診斷，以及與其他在線監測與診斷裝置聯機，實現對整個變電站運行工況在線智能化監測與診斷。

目前油中溶解氣體在線監測數據對變壓器故障診斷只能起到初篩的作用，還需實驗室離線檢測再次確認。部分在線監測裝置在投運后沒有定期校準，因此，受現場環境影響裝置長期運行后的檢測結果偏差較大，準確性不滿足標準要求。建議運行單位進一步完善在線監測裝置的運維管理規定，至少每兩年安排一次現場校驗，每半年開展一次在線與離線檢測數據的比對，當在線監測數據偏差較大時，及時安排廠家或維護單位進行校準處理。

[1]周利軍.基于DGA技術的牽引變壓器在線監測系統研究[D].成都：西南交通大學，2004.

[2]賈瑞君.高分子薄膜在變壓器油中溶解氣體在線監測中的應用[J].變壓器，2001，38(10)：37－40.

[3]張川，王輔.光聲光譜技術在變壓器油氣分析中的運用[J].高電壓技術，2005，31(2)：84－86.