杜兒坪礦110 kV 變電站變壓器油質在線監測系統的應用分析

姜凱翔

（西山煤電集團公司發電分公司， 山西 太原 030053）

杜兒坪礦是一座年產500 萬t 的現代化礦井，杜兒坪礦井下生產、運輸以及地面風機房的供電電源全部來自杜兒坪礦110 kV 變電站，杜兒坪礦110 kV變電站的運行安全直接影響著井下人員的安全。杜兒坪礦110 kV 變電站站內有2 臺容量63 MW、電壓等級110 kV/35 kV/6 kV 變壓器，變壓器是整個變電站的核心供電設備，其安全運行對礦井安全生產至關重要，但是變壓器是一種殼體設備，其內部的結構和安全隱患都是較難直觀發現，通常都是按照每年固定的預防性試驗來確定其運行狀態，但是故障的發生往往具有不確定性，不能上一次的檢查情況判斷當前的狀態，因此構建和完善變壓器的在線監測系統及簡單故障診斷、預警系統對杜兒坪礦有著極其重要的意義。當前油浸式電力變壓器的油質在線監測系統已經是作為保障變電站安全運行的重要研究方向，其通過實時監測分析油中特征氣體含量進行分析，再結合變壓器的出廠參數、定值參數等數據，利用智能算法進行故障分析，在通過網絡傳輸到上位機顯示檢測情況和發出告警，讓運行人員進行分析判斷故障點和進行應急操作，為變電站的安全提供了重要依據，因此杜兒坪礦110 kV 變電站選取了型號為GTCA-3600 的變壓器油色譜在線監測系統，滿足對變壓器油色譜在線監測的要求。

1 GTCA-3600 油色譜在線監測系統介紹

杜兒坪礦110 kV 變電站選用的GTCA—3600油質系統是電力行業內比較先進的一款油色譜分析產品，它可以同時監測單氫、多組份、全組份油中溶解的故障氣體量，在線分析運行中變壓器油的微水的含量是它的特色功能；該套在線監測系統的監測速度快，能夠在檢測的同時與上次檢測結果進行比對，做出增長還是下降判斷，然后與系統中設置好的報警閥值進行對比，如差值超過規定范圍則會發出聲光報警信號來提醒運行人員有故障需處理，降低了變壓器大事故發生概率。當變壓器內部發生故障時，油質在線監測系統還能夠記錄故障時變壓器油中甲烷、乙炔等氣體含量，為技術人員判斷故障原因提供重要參數。

2 GTCA—3600 變壓器油質色譜在線監測系統的特點

1）該系統可以實時監測氫氣、一氧化碳、乙烯、二氧化碳等氣體濃度和同比上一周期增長率，并在線傳輸至后臺機。

2）該系統分析周期短，最短周期為1 h，最長不超過30 d，可根據需要自行設置。

3）該系統循環采樣變壓器油，這樣不會造成變壓器油的損失，省去因采樣需要補油的工作。

4）該系統可以實現在真空環境及磁力攪拌方式下進行快速分離油和氣體，大大穩定脫氣率。

5）該系統使用專利冷阱技術，使油氣污染徹底清除，使所用設備壽命長且真正實現免維護。

6）該系統使用專用高性能單一色譜柱，系統檢測的可靠性大大提高，適用于戶外變壓器運行。

7）該系統使用先進的MEMS 集成傳感器技術，檢測靈敏度高，壽命增長，傳輸數據穩定。

8）該系統的檢測數據可以提供互聯網實時傳輸，能夠做到遠程查詢和遠程監控。

9）該系統可以做到故障氣體特性曲線的自動捕捉峰值圖，并可以與原始譜圖對比分析。

10）該系統實現了多數據顯示和查詢方式的多樣化，可將數據自動生成報表和趨勢圖的形式方便用來進行分析，并提供專業的三比值法、大衛三角法和立方體圖示法等多種故障診斷方法。

此外該系統還有發現異常事件及時報警功能，而且配套在變壓器上的裝置安裝和維護都很簡單，都可以進行帶電設備整體安裝和操作，實用性大大增強，減少對變電器進行的操作，節省了時間和成本。

3 GTCA—3600 變壓器油質色譜在線監測系統的工作原理

GTCA—3600 變壓器油質色譜監測系統的主要工作原理是氣相色譜分析原理如圖1 所示，該原理檢測油中溶解氣體含量結果準確、可靠。當運行中的變壓器發生內部短路故障時，變壓器線圈還有連接引線就會發熱，變壓器油和其他絕緣物質就會因受熱產生CH4、CO、C2H2等特征性氣體，與此同時還會產生一些其他氣體，比如氫氣、二氧化碳等。以上提到的各氣體在變壓器油中含量濃度的百分比與變壓器油中的可燃氣體的總濃度百分比（即國際統稱的TCG），這些氣體含量的變化是作為分析變壓器內部故障點的主要判據。

當GTCA-3600 變壓器油質譜在線監測系統處于工作狀態時，油樣采集元件利用壓力差原理通過泵吸方式將油吸入其中，然后借助內部油泵使采集到的油樣進行循環，并導入到真空環境中進行一定時間的磁力攪拌，隨后就可以快速達到油氣分離的效果，再經過專業的冷阱技術分離排除雜質后，使因變壓器故障而產生的指定氣體通過氣管導入至六通閥定量管中。在定量管中的這些因故障產生的各種氣體相互混合，最后在運載氣體的帶動作用下進入專門的色譜柱，通過色譜柱對不同的氣體親和力的不同，能夠將不同特征氣體進行分離，進而判斷出各種特征氣體的含量。

色譜柱分析出各種氣體及含量后，就需要進行數模轉換并以數據的形式展現在后臺機上以便運行人員閱讀。接下來色譜柱吸入的氣體會按一定的出峰順序一一通過其敏傳感元件，氣體傳感器逐對它們逐一進行檢測，各種特征氣體的含量百分比會轉換成對應的信號。此時數據采集元件的核心部件CPU 會進行轉換處理運算，并存儲這些電信號。上位機通過數據采集獲取每日在線監測得到的數據。這些原始數據通過工控機的數據分析軟分析處理后，就能計算出各種氣體的分別含量百分比和總烴含量百分比。最后經過后臺工控機的變壓器故障診斷系統軟件分析計算出的油色譜數據結合設好的正常數據值給出故障判斷，這樣就完成了變壓器內部故障的在線診斷監測功能。

此外GTCA-3600 型油質在線監測系統還具有其他輔助功能，例如監測系統能夠接收到一些預警信號，這些信號可以使數據采集元件就地輸出的多路無源觸點式預警信號；還可以進行油中的微水檢測，這些檢測由專門的外置微水在線檢測裝置進行，其得到的檢測數據會傳輸至油色譜在線監測系統的專業數據庫，方便日后的查詢和故障的判斷。

圖1 GTCA-3600 變壓器油色譜在線監測系統圖

4 結語

杜兒坪礦110 kV 變電站的變壓器的GTCA-3600 型變壓器油色譜在線監測系統的應用，確保了能夠提前發現變壓器內部出現的故障，同時能夠診斷故障發生點，做到了安全預警，確保了杜兒坪礦供電的安全連續性，避免了井下由于主變故障長時間失電的發生，對其他礦井單位實現變壓器的在線監測和故障判斷提供了指導經驗，具有很好的借鑒意義。