变压器在线色谱监测装置的应用分析

劳永闯，何燕

（国网浙江省电力公司绍兴供电公司，浙江绍兴312000）

变压器在线色谱监测装置的应用分析

劳永闯，何燕

（国网浙江省电力公司绍兴供电公司，浙江绍兴312000）

简述了在线色谱监测装置的类型及其相关检测原理，将中分3000型在线色谱监测装置与实验室色谱仪进行比较，并通过应用实例分析，指出在线色谱监测技术在变压器状态检修和运行监测中的重要性，最后对在线色谱监测装置的选用提出了一些建议。

变压器；在线色谱监测；状态检修；应用

0 引言

变压器状态评估的关键是状态信息的收集，变压器的运行工况信息可通过巡视检查和定期试验项目获得。但是，日常巡视和常规测量技术无法确保信息的及时性。

利用气相色谱法分析变压器油中的溶解气体组分含量，是故障诊断最灵敏和有效的方法。从变压器中提取油样进行化学分析，由专家进行分析和评价，试验环节较多，操作手续较繁琐，监测周期较长。诊断变压器内部是否存在异常或故障，需进行连续监测跟踪分析其发展状况和产气增长速率，因此该方法存在着一定的局限性，很容易因色谱监督不到位而造成变压器事故，而且难以及时发现类似匝间绝缘缺陷等突发性故障。

在线色谱监测装置能够收集变压器在投运、运行、维护、检修、试验时的数据和动态信息，通过和静态信息的组合分析，描绘出变压器油的变化趋势。无论是单一氢报警设备还是多组分多功能的在线监测装置，数据分析的准确性和可靠性得到不断提高，整机性能也越来越稳定，因此在线色谱监测装置在变压器状态检修中得到了广泛的应用。

1 在线色谱监测装置的作用

1.1 变压器运行状态的动态监测

变压器油中溶解气体的在线色谱监测装置，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。

在线色谱监测的任务是检测油中溶解气体的组分含量和变化趋势，了解和掌握变压器的运行状态，结合在线其他监测项目，如局部放电等，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，对异常状态超值报警，以便及时给予处理，并为变压器的故障分析诊断提供基础性数据。

1.2 变压器故障的初步诊断

故障诊断的任务是根据状态监测获得的在线信息，利用专家系统结合变压器自身的结构特性、参数及运行环境、运行历史信息等，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，提出控制故障继续发展和维修的对策。

1.3 指导变压器状态维修

目前变压器的定期预防性检修制度，虽然对预防事故的发生起到很大的作用，但存在过剩维修或不足维修的问题。因此必须推动执行科学合理的状态检修制度，以确保变压器安全经济的运行。状态检修主要依赖于在线监测和带电预防性试验等手段，其中在线监测技术起到了变压器安全运行保障第一道关口的作用，在发现变压器异常后，应及时进行相关验证试验。

2 目前常用的在线色谱监测装置

2.1 北京中能监测装置

主要使用有HYDRAN2010与201Ti两种型号，其工作原理是：油中溶解气体经过可选择性的渗透膜进入电化学气体检测器（传感器），在检测器里，H2，CO，C2H2，C2H4气体与空气中的O2发生化学反应，产生一个与反应速率成比例的电信号，从而测出气体浓度。由于只对单组分H2和可燃气总量检测，因此对有异常或故障的设备的跟踪及故障性质的判断不可能达到理想效果，实现不了真正意义的在线监测，只能作为故障初期的警报。

同时，因使用膜结构油气分离技术，因此平衡时间长，且不同故障气体的平衡时间差别很大，难以按照亨利系数求出油中气体体积的实时值，因此当油中气体体积分数变化时，测量值不能正确跟踪实际变化。在使用中，也发现稳定性不是很好，多次出现C2H2与H2异常误报警。

2.2 宁波理工监测装置

目前主要使用的监测装置型号为MGA2000-6E。利用毛细管平衡渗透原理进行油气分离，经色谱柱对组分进行分离，检测装置探头采用纳米晶半导体材料添加稀有金属制作，由于纳米晶半导体材料具有松散的颗粒结构，利于气体的迅速扩散，从而提高了检测器响应速度和检测灵敏度，可完成H2，CO，CH4，C2H4，C2H2，C2H66种组分的检测。由于其外接气源与本体油路是分开的，因此不会影响本体油质，可以做到不耗油、不污染油质。

油气分离是利用毛细管平衡渗透原理，使油气接触面积比一般平板膜大1 000倍以上，油气分离速度得到大幅提高。但由于渗透膜存在因表面污染、膜溶胀及膜老化等因素引起渗透率不稳定问题，使用一段时间后，发现油气平衡时间会较长，测试含量较少的气体时，存在一定的不稳定性。

2.3 上海思源监测装置

主要型号为TROM-600，应用实验室监测原理，真空脱气方式进行油气分离，采用思源公司专用研发并用特殊材料制造的色谱柱作为特征气体分离的主要元件，用可燃性气体传感器对通过色谱柱的气体进行检测，能分析H2，CO，CH4，C2H6，C2H4，C2H26种气体。由于利用真空脱气技术，因此不会影响本体油质，可以做到不耗油、不污染油质。不足之处是监测灵敏度有待进一步提高。

2.4 GE Kelman监测装置

主要型号Transfix，应用动态顶空平衡脱气技术进行油气分离，采用英国Kelman公司专利的光声光谱检测技术，运用稳定可靠的光声光谱检测模块，实现非接触性检测。对气体无消耗，也无需分离气体，不同气体的成分和含量可直接通过光谱分析确定。测量精度高，检测速度快，具有重复性和再现性，可分析H2，CO，CO2，CH4，C2H6，C2H4，C2H，O28种溶解气体和H2O的含量，是新一代的油中溶解气体及微水在线检测装置，但其高透过率的滤光片对油蒸汽污染敏感，影响检测精度。

2.5 氦离子化检测装置

PDHID（氦离子化检测装置）的多组分油色谱在线监测装置，可将油中溶解气体组分的检测限提高到10×10-9V/V或0.01 μL/L的水平，优于实验室色谱仪的最低检知浓度要求（0.1 μL/L），有利于及早检出变压器的局部放电性故障。

高性能多组分色谱在线监测装置根据色谱原理，经过真空脱气分离技术，以He作为载气，经过色谱柱后，利用高压脉冲氦离子化检测器，检测变压器油中H2，CO，CO2，CH4，C2H6，C2H4，C2H2溶解气体组分，相比热导检测器和半导体检测器的油在线色谱监测装置，具有灵敏度高、检测速度快和可检测气体组分多的特点，目前该类色谱监测装置在浙江省电力系统中还未有应用。

3 河南中分3000型在线色谱监测装置的应用实例

3.1 装置工作原理

中分3000型在线色谱监测装置（简称在线监测装置）采用实验室监测原理，应用动态顶空脱气技术进行油气分离，用N2作载气，经高效色谱柱分离，利用高灵敏微桥式检测器检测H2，CO，CO2，CH4，C2H4，C2H2，C2H67种气体。

变压器安装2路油管与在线监测装置相连，一路进油管经油气分离装置脱气处理，然后在储油桶中经真空脱气，通过另一路回油管流回变压器内，整个过程做到了不耗油、不污染油质。油气分离采用动态顶空法，脱出的气体经载气进入色谱柱分离，可实现7种组分分离，分离后的组分通过微桥式检测器检测，检测数据可以通过GPRS无线网络或RS4585有线传输至客户端，且可以通过MIS（管理信息系统）局域网络进行数据共享，为技术部门及时掌握监测结果提供支持。

3.2 与实验室数据比较

在中分3000型在线监测装置安装到主变压器（简称主变）之前，对在线监测装置的检测数据与实验室色谱仪测得的数据（简称实验室数据）进行了对比，通过对不同浓度的油样试验比较，发现该在线监测装置分析精度基本符合要求。表1为实验室色谱仪与在线监测装置测得数据的对比情况。

3.3 在线色谱监测装置应用实例

110 kV凤林2号主变在线监测时段为2010年7月17日—2010年11月1日，整个系统运行正常稳定。在线监测装置开始时以每4 h为周期进行在线监测，运行一段时间后以1天为周期，监测数据通过无线方式实时传输给实验室计算机，从监测的结果看各个组分数据相对稳定，无较大变动，并且与实验室分别在7月、11月两次测得数据基本相符。说明在线监测装置能比较好地实现在线监测功能，表2为具体监测数据。

500 kV兰亭3号主变的在线监测装置于2009年11月12日开始投运，明显监测到C2H2组分有增长趋势，监测到的数据与实验室数据基本相符，说明在线监测装置能比较正确地反映变压器内气体组分的情况。表3为兰亭3号主变A相在线监测数据和实验室的部分数据。2010年1月9日，根据监测情况对主变A相进行了更换，及时排除了故障。

表1 实验室色谱仪与在线监测装置测得的数据比较μL/L

表2 凤林2号主变实验室色谱仪与在线监测装置测得的数据比较μL/L

110 kV漓渚1号主变的在线监测装置于2007年12月24日开始投入使用，起初监测到C2H2一直维持在3 μL/L左右。2008年2月22日报警C2H2突发性异常增长，同日进行实验室分析验证，确认在线监测装置属于正确报警，后经检查为分接开关渗漏引起，及时排除了故障。表4为漓渚1号主变在线监测装置和实验室色谱仪测得的部分数据，图1为在线监测装置测得C2H2组分的变化趋势。

图1 监测C2H2组分的变化趋势

3.4 中分3000型在线色谱装置的应用分析

从以上监测的情况来看，在线监测装置与实验室色谱仪两者检测的CH4，C2H2及总烃等多种组分含量基本一致，个别组分相对差较大，可能是由于实验室采用的标准气有所差异或标油与被测试油油质不同。但从纵向分析，可以发现二者的变化趋势一致，所以在线监测装置与实验室检测反映的故障趋势是一致的，不影响结果的分析。且在线监测装置每次检测的原始谱图基线平稳，峰型清晰，出峰时间稳定，说明运行稳定。图2为其中一次检测色谱图。

图2 检测色谱

表3 兰亭3号主变A相在线监测装置与实验室色谱仪测得数据的比较μL/L

表4 漓渚1号主变在线监测装置与实验室色谱仪测得数据的比较μL/L

在线监测装置安装、调试方便，从凤林2号主变移机到兰亭3号主变，当天就能完成。数据传输实时且可以通过MIS网络进行数据共享，为技术部门及时掌握监测结果提供支持。同时还具备设定手机发送短消息功能。

4 建议与结论

变压器在线色谱监测装置的应用必将越来越广泛，但在选择时应充分考虑产品的性能指标，建议选择所用检测原理与实验室试验方法一致的产品，避免使用性能不稳定的产品。应具有较高的检测精度和足够小的检测量；有较小的检测周期，以保证真正意义上的在线；数据处理正确、真实；抗干扰能力强，不受强电场和环境温度变化影响；装置与变压器安装连接可靠、方便，分析过程能反映本体油质情况，且不影响、损耗本体油质。

实际应用证明，优良的变压器油中溶解气体在线色谱监测装置是对色谱分析的一个有益而必要的补充，实现了实时监测，及时提供变压器运行状态分析数据。特别是在变压器设备不断增加，检修模式又向状态检修发展的情况下，充分利用在线装置的“在线”作用显得尤为重要。

[1]GB/T 7252-2001变压器油中溶解气体分析和判断导则[S].北京：中国电力出版社，2001.

[2]钱旭耀.变压器油及相关故障诊断处理技术[M].北京：中国电力出版社，2006.

[3]郑东升.国家电网公司生产技能人员职业能力培训教材油务化验[M].北京：中国电力出版社，2010.

（本文编辑：陆莹）

Application Analysis of Transformer On-line Chromatograph Monitor

LAO Yongchuang，HE Yan
（State Grid Shaoxing Power Supply Company，Shaoxing Zhejiang 312000，China）

This paper briefly describes types and relevant testing principles of the on-line chromatograph monitors.By comparing Zhongfen-3000 on-line chromatograph monitoring device with chromatograph in laboratory and analyzing application examples，this paper illustrates the importance of on-line chromatograph monitoring technology in condition-based maintenance and operation monitoring of transformer.Finally the paper puts forward suggestions for selecting and use of on-line chromatograph monitoring device.

transformer；on-line chromatograph monitoring；condition-based maintenance；application

TM715

：B

：1007-1881（2014）05-0040-05

2013-11-04

劳永闯（1969-），男，浙江绍兴人，技师，工程师，主要从事电力设备油、SF6气体绝缘监督工作。