在線(xiàn)氣相色譜柱柱效判斷與自修復(fù)裝置系統(tǒng)

曹玲燕 楊志勇 李志軍

（國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司）

0 引言

目前，國(guó)內(nèi)外大型電力變壓器普遍是充油式變壓器。變壓器長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，其內(nèi)部的絕緣紙和絕緣油在外界電、熱、機(jī)械應(yīng)力等作用下會(huì)發(fā)生老化、裂解，產(chǎn)生CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2等特征氣體，生成的氣體將溶解于絕緣油中［1］。通過(guò)對(duì)變壓器油中溶解氣體的種類(lèi)、含量以及產(chǎn)氣速率進(jìn)行分析，可以判斷出變壓器故障的性質(zhì)和類(lèi)型［2］。

油中溶解氣體檢測(cè)技術(shù)分為離線(xiàn)式檢測(cè)和在線(xiàn)式檢測(cè)兩種。離線(xiàn)式檢測(cè)通常采用氣相色譜法，雖然具有分離效率高、選擇性好等優(yōu)點(diǎn)，但是由于檢測(cè)周期長(zhǎng)、操作繁瑣、無(wú)法實(shí)時(shí)掌握變壓器的運(yùn)行狀態(tài)等弊端，離線(xiàn)式檢測(cè)逐漸被在線(xiàn)式檢測(cè)所替代［3］。變壓器油中溶解氣體在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)掌握油中溶解氣體的組分和含量，隨時(shí)掌握變壓器的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)故障進(jìn)行自動(dòng)診斷，從而發(fā)現(xiàn)潛伏性故障或者早期故障，及時(shí)進(jìn)行故障處理，對(duì)于保證電網(wǎng)的可靠運(yùn)行具有重大意義［4］。

對(duì)于采用氣相色譜原理的變壓器油中溶解氣體在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置，需要通過(guò)色譜柱對(duì)特征氣體進(jìn)行分離。色譜柱經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間使用或者不正常的進(jìn)樣，容易造成樣品中強(qiáng)保留物質(zhì)逐漸在色譜柱中積累，表現(xiàn)為色譜峰形變差、展寬、不對(duì)稱(chēng)、拖尾還有柱效下降等，進(jìn)而影響色譜數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，造成誤報(bào)漏報(bào)［5］。現(xiàn)場(chǎng)更換色譜柱，不僅降低裝置的運(yùn)行效率，而且提高裝置的運(yùn)行成本，因此對(duì)色譜柱的柱效進(jìn)行判斷和修復(fù)處理就顯得很有必要，在一定程度上，能節(jié)約的經(jīng)濟(jì)效益很可觀(guān)。

1 在線(xiàn)氣相色譜柱柱效判斷與自修復(fù)系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)包括一個(gè)色譜柱柱效判斷分析系統(tǒng)、時(shí)序控制器、反吹掃修復(fù)回路、柱效自修復(fù)回路。柱效分析系統(tǒng)根據(jù)在線(xiàn)色譜裝置采集的色譜圖，進(jìn)行分離效果判斷，分析出柱效效果；通過(guò)時(shí)序控制器切換正常檢測(cè)和自修復(fù)兩種狀態(tài)下的運(yùn)行過(guò)程；反吹掃修復(fù)回路和柱效自修復(fù)回路控制中，因針對(duì)的情況不同，溫度和吹掃氣體流量的控制上，有所區(qū)別。

1.1 色譜柱柱效判斷分析系統(tǒng)

色譜柱柱效判斷分析系統(tǒng)可根據(jù)在線(xiàn)色譜裝置采集的色譜圖，預(yù)設(shè)定突發(fā)性柱效分析閾值，當(dāng)閾值觸發(fā)，判斷色譜柱柱效，如果出現(xiàn)突然性的柱效降低，可判斷為使用不當(dāng)，有污染物干擾，啟動(dòng)裝置反吹掃修復(fù)功能；長(zhǎng)時(shí)間的正常運(yùn)行后定期啟動(dòng)時(shí)序控制，進(jìn)入色譜柱柱效判斷自檢分析流程，如發(fā)現(xiàn)柱效降低，啟動(dòng)色譜柱柱效自修復(fù)流程。

1.2 時(shí)序控制器

時(shí)序控制器在突發(fā)閾值報(bào)警后，可立即啟動(dòng)反吹掃修復(fù)回路，進(jìn)行修復(fù)；較長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，根據(jù)預(yù)設(shè)定周期自啟動(dòng)柱效判斷分析系統(tǒng)。

1.3 反吹掃修復(fù)回路和柱效自修復(fù)回路

反吹掃修復(fù)回路和柱效自修復(fù)回路控制涉及的硬件裝置有溫度控制系統(tǒng)、載氣閥、穩(wěn)壓閥、壓力傳感器、入口三通電磁閥、定量管、色譜柱、氣體檢測(cè)器、出口三通電磁閥。對(duì)于突發(fā)性色譜柱柱效降低，判斷為污染物干擾，溫度控制系統(tǒng)維持正常工作溫度水平，啟動(dòng)反吹掃功能，在進(jìn)行每三次吹掃后，進(jìn)行一次柱效判定，如已達(dá)到預(yù)定柱效，則返回正常檢測(cè)程序；如未達(dá)到預(yù)定柱效，則繼續(xù)進(jìn)行吹掃，再判定。對(duì)于較長(zhǎng)時(shí)間的正常運(yùn)行后，定期檢查發(fā)現(xiàn)的柱效降低情況，暫停正常氣體檢測(cè)功能，溫度控制系統(tǒng)提升溫度，保持在一定溫度后，啟動(dòng)入口三通電磁閥，自調(diào)節(jié)定量管流量，穩(wěn)壓閥，讓載氣保持在較高流速下對(duì)色譜柱進(jìn)行反吹掃；三次吹掃后，降溫、降壓，再低速吹掃一次；正常狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，檢驗(yàn)柱效；如未達(dá)到預(yù)定柱效，則重復(fù)上述過(guò)程。

2 在線(xiàn)氣相色譜柱柱效判斷與自修復(fù)系統(tǒng)工作流程

2.1 在線(xiàn)氣相色譜柱柱效判斷與自修復(fù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如圖1所示，與現(xiàn)有技術(shù)相同的是裝置包含載氣閥（6）、穩(wěn)壓閥（7）、壓力傳感器（8）、色譜柱（10）、氣體檢測(cè)器（9）、溫度控制系統(tǒng)（3），與現(xiàn)有技術(shù)所不同的是增加了色譜柱柱效判斷分析系統(tǒng)（1）、時(shí)序控制器（2）、入口三通電磁閥（4）、出口三通電磁閥（5）及管路。所述載氣閥（6）OUT接口與穩(wěn)壓閥（7）入口通過(guò)不銹鋼管連接，穩(wěn)壓閥（7）出口分別與壓力傳感器（8）、出口三通電磁閥（5）NO接口、入口三通電磁閥（4）NC接口通過(guò)不銹鋼管連接，出口三通電磁閥（5）IN接口與六通閥（1）Ⅴ接口通過(guò)不銹鋼管連接，六通閥（11）接口Ⅲ、Ⅵ通過(guò)不銹鋼管連接，六通閥（1）接口Ⅳ與色譜柱（3）入口通過(guò)不銹鋼管連接，色譜柱（10）出口與氣體檢測(cè)器（9）入口通過(guò)不銹鋼管連接，氣體檢測(cè)器（9）出口與入口三通電磁閥（4）IN接口通過(guò)不銹鋼管連接。所述載氣閥、壓力傳感器、入口三通電磁閥、六通閥、氣體傳感器、出口三通電磁閥、色譜柱溫度控制系統(tǒng)均與時(shí)序控制器連接。

圖1 在線(xiàn)氣相色譜柱柱效判斷與自修復(fù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 在線(xiàn)氣相色譜柱柱效判斷與自修復(fù)系統(tǒng)工作過(guò)程

裝置正常檢測(cè)流程與現(xiàn)有技術(shù)相同，控制器得到啟動(dòng)命令后載氣閥（6）通電、溫度控制系統(tǒng)（3）啟動(dòng)，載氣依次通過(guò)載氣閥（6），經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓閥（7）穩(wěn)定壓力后進(jìn)入壓力傳感器（8）、六通閥（11）、色譜柱（10）、氣體檢測(cè)器（9）然后排空，控制器得到進(jìn)樣命令后，切換六通閥（1），將定量管（12）內(nèi)樣氣切換進(jìn)入氣路系統(tǒng)，樣氣經(jīng)過(guò)色譜柱（10）分離后進(jìn)入氣體檢測(cè)器（9），然后氣體檢測(cè)器（9）將信號(hào)輸出到信號(hào)采集單元，采集結(jié)束后，控制器依次關(guān)閉載氣閥（6）、溫度控制系統(tǒng)（3）、六通閥（11）復(fù)位。色譜柱柱效判斷與自修復(fù)流程，首先色譜柱柱效判斷分析系統(tǒng)（1）通過(guò)對(duì)在線(xiàn)色譜裝置采集的色譜圖分析，判斷色譜峰形是否出現(xiàn)變差、展寬、不對(duì)稱(chēng)、拖尾等現(xiàn)象，預(yù)設(shè)定突發(fā)性柱效分析閾值，當(dāng)閾值觸發(fā)，判斷色譜柱柱效；在裝置正常檢測(cè)過(guò)程中如果出現(xiàn)突然性的柱效降低，可判斷為使用不當(dāng)，有污染物干擾，啟動(dòng)裝置反吹掃修復(fù)功能：在進(jìn)行三次吹掃后，進(jìn)行一次柱效判定，如已達(dá)到預(yù)定柱效，則返回正常檢測(cè)程序；如未達(dá)到預(yù)定柱效，則繼續(xù)進(jìn)行吹掃，再判定；長(zhǎng)時(shí)間的正常運(yùn)行后定期啟動(dòng)時(shí)序控制，色譜柱柱效判斷分析系統(tǒng)（1）進(jìn)入自檢分析流程，如發(fā)現(xiàn)柱效降低，時(shí)序控制器（2）啟動(dòng)色譜柱柱效自修復(fù)流程，暫停正常氣體檢測(cè)功能，啟動(dòng)溫度控制系統(tǒng)（3）提升溫度，保持在一定溫度后，入口三通電磁閥（4）通電、出口三通電磁閥（5）通電，載氣通過(guò)載氣閥（6）、穩(wěn)壓閥（7）穩(wěn)壓后，進(jìn)入壓力傳感器（8）、入口三通電磁閥（4）、氣體檢測(cè)器（9）、色譜柱（10）、出口三通電磁閥（5），重復(fù)以上三次高溫高壓吹掃后，溫度控制系統(tǒng)（3）降溫、穩(wěn)壓閥（7）降壓，再低速吹掃一次；排空后，色譜柱柱效自修復(fù)流程結(jié)束后，時(shí)序控制器（2）依次關(guān)閉載氣閥（6）、溫度控制系統(tǒng)（3）、入口三通電磁閥（4）、出口三通電磁閥（5）。正常狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，色譜柱柱效判斷分析系統(tǒng)，檢驗(yàn)柱效；如未達(dá)到預(yù)定柱效，則重復(fù)上述過(guò)程。

3 應(yīng)用效果

該裝置系統(tǒng)由江蘇國(guó)電南自海吉科技有限公司獨(dú)立研制，并于2019年5月～2020年12月期間進(jìn)行新一代的升級(jí)，2020年12月通過(guò)江蘇省經(jīng)濟(jì)和信息化委員會(huì)新產(chǎn)品鑒定，鑒定結(jié)論為該產(chǎn)品整體技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先水平。結(jié)合該裝置系統(tǒng)近三年在運(yùn)情況進(jìn)行分析。圖2～圖6分別為該裝置系統(tǒng)的2019年3月、2019年9月、2020年3月、2021年3月、2022年3月在線(xiàn)運(yùn)行色譜分析圖。

圖2 該裝置2019年3月在線(xiàn)運(yùn)行色譜分析圖

圖6 該裝置2022年3月在線(xiàn)運(yùn)行色譜分析圖

圖4 該裝置2020年3月在線(xiàn)運(yùn)行色譜分析圖

圖5 該裝置2021年3月在線(xiàn)運(yùn)行色譜分析圖

根據(jù)該裝置系統(tǒng)近三年的在線(xiàn)運(yùn)行色譜分析圖可知，近三年來(lái)，針對(duì)同一種油樣（油樣變化不大）：色譜峰形狀基本保持一致，沒(méi)有發(fā)生明顯的形變；色譜峰的峰寬基本上一致，沒(méi)有出現(xiàn)峰展寬現(xiàn)象；色譜峰均未出現(xiàn)前延峰和拖尾峰，基本都保持對(duì)稱(chēng)；色譜柱的柱效未出現(xiàn)明顯的下降現(xiàn)象。整體而言，該裝置系統(tǒng)具有優(yōu)良的色譜柱柱效判斷與自修復(fù)功能，色譜數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性高，沒(méi)有出現(xiàn)誤報(bào)漏報(bào)現(xiàn)象，減少了對(duì)裝置的維護(hù)，延長(zhǎng)了色譜柱使用壽命。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹一種由色譜柱柱效判斷分析系統(tǒng)、時(shí)序控制器、反吹掃修復(fù)回路、柱效自修復(fù)回路組成的在線(xiàn)氣相色譜柱柱效判斷與自修復(fù)裝置系統(tǒng)。該裝置系統(tǒng)能有效地進(jìn)行色譜柱柱效判斷與自修復(fù)，提高長(zhǎng)期運(yùn)行狀態(tài)下色譜柱的準(zhǔn)確性，減少對(duì)色譜柱的更換，有效地提高色譜柱的使用壽命，提高變壓器油中溶解氣體在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置的可靠性與有效性。