变压器油中溶解气体色谱在线监测系统关键技术分析

刘懿 汤卫荣

摘要：电力系统变压器在运行中极易潜伏一些设备故障隐患，油中溶解气体色谱在线监测系统借助于分析变压器气体含量，能够有效判断变压器设备中的潜藏隐患，在保障变压器安全稳定运行方面起到重要作用。本文对变压器油中溶解气体色谱在线监测系统的运行原理、系统构成及工作流程加以分析，着重探究变压器油中溶解气体色谱在线监测系统的关键技术。

关键词：变压器；油中溶解气体色谱；在线监测系统；关键技术

变压器油中溶解气体色谱在线监测主要是通过对变压器油中溶解气体所具备的含量加以分析检测，根据其含量及组分，以此确定变压器是否具有安全运行隐患。变压器油中溶解气体色谱在线监测系统具有极强的性价比，在变压器故障检测维修方面意义重大，现已得到普遍运用。

一、变压器油中溶解气体色谱在线监测系统的检测机理及其系统构成

（一）变压器在线监测的机理及基本方法

变压器在线监测，主要是通过对其油中气体加以检测来实现，较为常用的在线监测方法主要有气相色谱法、气敏传感器法、红外光谱法及光声光谱法等。现阶段，我国在油色谱应用上积累了较多的实践经验，油色谱技术也得到了长足发展，给变压器油中溶解气体色谱在线监测提供了技术保障，因此，变压器在线监测中技术成熟度最高，使用最为普遍的是气相色谱法。气相色谱法的主要检测原理是根据色谱柱中的气体组分的不同，借助载气作用，使气体组分产生交换及分离，然后将分离氣体转换为电信号，最后对其加以采集处理，最终形成色谱出峰图[1]。

（二） 变压器油中溶解气体色谱在线监测系统的组成结构

通过在石化、食品及其他领域的实践证明，变压器气相色谱法在检测变压器实时故障方面效果极为明显。进入新时期后，检测器技术、电气自动化技术及色谱柱技术得以深入发展，变压器气相色谱法也更加便捷灵敏。在此背景下研发的变压器气体色谱在线监测系统，在检测方法的自动化程度上得以提高，摆脱了原有的人工采取油样及脱气处理的限制，在基线确定上也实现了由人工到数据处理服务器的改进。变压器油中溶解气体色谱在线监测系统具备了以下特征：第一，实现了油气分离的准确性和高效性，从而使变压器油中溶解气体在变化速度及组分含量的检测上更加精准。第二，在变压器油中溶解气体色谱的数据处理上更加智能化、便捷化及自动化，进一步提高了变压器油中气体浓度的检测水平。第三，变压器油中溶解气体色谱在线监测系统在监测环境的适应性上更强，可以实现在不同监测条件下保持监测的稳定性。

二、 变压器油中溶解气体色谱在线监测系统的运行流程

变压器油中溶解气体色谱在线监测系统主要运行流程包括热油冷却、萃取油中溶解气体、切换及清洗流路、控制检测器及柱箱的温度、样气定量及进样、调节基线、采集数据、数据分析、诊断故障等[2]。变压器油借助变压器内部的油泵，经由油气分离设备，使变压器油产生分离并形成溶解气体，通过气体萃取装置对溶解气体加以萃取处理，然后借助变压器微型气泵使其被收集到定量管中。在载气的作用下，定量管中收集的溶解气体可以进入到色谱柱中，此时通过检测器记录检测溶解气体中的各组组分气体在色谱柱中的亲和力，可以将带有故障隐患的气体加以分离，如H2、CO、C2H6、C2H2、CH4等，并使之转换为电信号。故障气体的浓度及电信号强度通过色谱数据采集仪器及通讯总线装置，可以传输到数据处理服务器中，变压器油中溶解气体色谱在线监测系统数据处理服务器通过对故障气体加以定量分析，可以得出其含有的总烃含量大小，最后借助于谱峰识别、基线跟踪及故障诊断专家系统，可以判断出变压器故障气体的演变趋势，进而分析得出变压器故障部位，以为变压器检测维修人员提供准确参考。

三、 变压器油中溶解气体色谱在线监测系统关键技术分析

（一） 变压器溶解气体色谱在线监测油气分离技术

变压器油中溶解气体色谱在线监测系统中的油气分离装置，是确保变压器气相色谱法能够准确快速分离故障气体的基础保障。在变压器溶解气体色谱在线监测系统的油气分离技术上，主要实践运用了以下几种技术形式。

1. 膜油气分离

借助高分子材料的分离膜，如聚四氟乙烯等，可以将其用于变压器油中气体的气相色谱仪中。由于聚四氟乙烯等高分子材料分离膜具有较好的透气性，同时兼具耐油及抗磨等特性，在早期变压器油中溶解气体色谱监测设备上较常将其作为设备分离膜使用。

2. 波纹管分离

借助于波纹管的良好运动性能，将其作为变压器油其分离装置，可以使油气分离更加高效，又由于其在油样提取上采用了循环方式，因此其油样提取的准确性较高。但波纹管分离技术会对色谱柱造成污染，并且波纹管的耐磨性不强，极易使变压器油遭受污染。

3. 动态顶空分离

这种油气分离技术主要是借助于载气作用，通过对变压器油进行通气操作，置换得到变压器油溶解气体，然后再通过相应的检测装置对其中的气体组分进行定量分析。动态顶空分离技术一方面具备了较高的脱气效率，但另一方面又需要耗费大量载气，其在加载载气的过程中进行及时的放油处理，在油样提取质量上也相对不高。

4. 真空鼓泡分离

这种油气分离技术是通过将变压器油气分离装置进行真空处理，在脱气装置中导入油样，然后对气体加以分离，借助变压器气泵对提取油样加以鼓泡操作，直至气相浓度与变压器液相油气体浓度趋于平衡。这种油气分离技术不涉及到变压器油的消耗及污染，具备较高的脱气效率，可在10-15min内完成脱气过程，而且可以进行不间断脱气，通过这一技术可以将故障气体分析误差控制在10%以下[3]。

（二） 检测器、色谱基线跟踪及谱峰识别技术

采用气相色谱法对变压器故障气体进行检测时，应选择灵敏度较高的检测器，在检测器选用上，为保持反应的高度灵敏性，可以在原有广谱型半导体气体检测器的基础上添加使用纳米晶材料，以凭借其独有的颗粒结构，提高对故障气体的检测效率。

变压器油中溶解气体色谱在线监测系统中的色谱基线跟踪是提高定量精准度的重要途径，在色谱基线跟踪技术上可以选用小波变换技术，对基线加以提取，以避免色谱曲线基线出现较大的漂移，提高基线跟踪提取的精度。

在变压器油中溶解气体色谱在线监测系统的谱峰识别上，主要是通过智能谱峰识别技术，将在线监测系统获取的色谱数据与谱图加以对比，将干扰峰及数据加以剔除，从而提高谱峰识别的准确性。

结语：

变压器油中溶解气体色谱在线监测系统是检测变压器隐藏故障隐患的重要措施方法，在现阶段电网系统中实践应用较为丰富。本文主要对变压器油中溶解气体色谱在线监测系统的原理、构成、运行及关键技术进行简单阐述，以期为相关电力工作人员提供一定的参考借鉴。

参考文献：

[1] 王维，王秋鹏.变压器油中溶解气体色谱在线监测[J].中国科技纵横，2014，（7）：196-197+199.

[2] 葛晖，谢红福.安徽电网变压器油中溶解气体在线监测系统的研制与建设[J].工业控制计算机，2014，（7）：33-34.

[3] 彭琳峰，刘小玲，周舟等.变压器油中溶解气体在线监测系统的应用与管理[J].湖南电力，2013，（z1）：55-60.