变压器油的色谱分析

朱 懿

(上海申通集团地铁维护保障公司供电分公司)



变压器油的色谱分析

朱 懿

(上海申通集团地铁维护保障公司供电分公司)

摘要：随着当前科学技术的不断发展及进步，针对变压器的故障监测，通过运用油中溶解气体分离技术便可有效解决，对变压器相应使用寿命具有很好的延长作用，并保障变压器在运行当中的稳定性及安全性。本文通过分析变压器油的色谱，对其所存在的威胁和故障进行预判，主要研究了变压器油的色谱，并对其实际应用状况进行探讨。

关键词：变压器油；色谱分析；应用

0 引言

当前许多变压器由于油流带电致使故障发生，在变压器实际运行时，为促使其在安全性及稳定性方面得以保证，必须将变压器材料含氧度的降低、绝缘及油冷却等功效充分发挥。只有保证油的质量，才能将上述功效最大限度的发挥。所以，为达到上述效果需要对变压器当中油的色谱进行更为深入、科学的分析，还要对油当中所具有的微量元素进行有效结合，对变压器所存在的故障问题进行准确判断。

1 色谱分析的理论基础分析

变压器油的色谱分析，已经成为对变压器潜在故障及威胁进行检测，保障其在实际运行中的安全性及稳定性的重要方法和关键手段。由于绝缘油的组成主要有CO2、CO、H2以及烃类等，变压器在实际运行操作时，当中所存在的少量的烃类分子和CO及CO2等气体，会伴随绝缘油以及相关的绝缘材料的老化状况，发生被分解出来的状况。与此同时，当变压器内部出现相应故障时，在故障的初期阶段会将各种气体给分解出来，并且还会在变压器中予以熔解，在故障比较严重的状况下，其所产生的气体还可能出现聚集状况，并形成相应的游离气体。由于各种气体在具体的产生条件方面各不相同，如若出现变压器局部放电的状况，通过相应的断裂及离子反应，所生成的主要物质为H2，该气体通过不断的积累，最终进行重新化合，生成诸如C2H2、C2H4及CH4等气体，上述气体在具体的速度及数量上，会随着不断积累而出现加快及增多的状况。通常情况下，产生C2H4的温度明显高于CH4及C2H4，大约为500℃，而C2H4通常情况下温度在800～1250℃状况下所生成，此外，在电弧中会产生大量的C2H4。当变压器当中的油与外界的空气出现相应的化学反应时，还会生成CO2及CO等气体，在不断积累的过程中，就会成为数量多的气体。在这种状况下，所分解出的气体最终会形成相应的气泡，然后长期被变压器当中的油进行溶解，造成变压器出现故障状况，气泡在具体的产生量方面明显大于其被相应溶解的数量，变压器当中所存在的气体就会不断增多。在还未发生故障时，由于在温度比较低，气体产生速度较慢且数量方面较少，若对变压器油中的气体各方面要素进行及时有效的分析，并与油中所存在的微量金属进行紧密结合，就能对变压器发生故障造成影响的相应潜在威胁给予准确判定。而所谓色谱分析，实质上就是利用气相色谱仪，对各种气体在具体的构成、含量及组成等方面进行分析。

2 色谱分析的具体条件

对于传统的电力系统，当实施分离操作时，需运用相应的联分流合并双柱系统，此外，还存在双FID、TCD及CH4转化炉，通过抽样对油中所熔解的气体组分进行相应的分析。一般情况下，采用两根色谱填充柱予以完成，但其中还是会存在一些问题。在整个色谱仪当中关键部位就是色谱柱，其所具有的分离效果的好坏，与色谱柱的选择具有直接性的关系。气相色谱仪在具体的划分上为双气路及单气路，也就是所谓的热导检测器。在实际工作当中，需要一路气做好相应的比较气状况，通常将其称为产比气，当将一路气作为样品时，阀件就会对两路气进行同时且独立提供，当对两路气体进行相应使用及调节时，其间不会出现互相干扰的状况。其中所存在的关系为并联方式的气路，即双气路。在实际工作中存在成本过高以及样品自身还具有相应的复杂性，因此，通常将上述两路气体所存在的流动方式，从串联流动改成单路流动，其中对于两路气的控制来讲，则只有一路阀件予以完成。此种方法的最终结果就是对其中的一些S值予以损失，在具体的测量百分含量方面，最终的结果将不受到其他因素的影响。

3 变压器油中色谱分析的具体方法

针对变压器油中色谱分析的具体方法来讲，主要有比值法、产气速率法及特征气体法。①比值法。利用对不同气体进行相应分析的基础上，对其中所存在的不同比例关系，采用色谱分析方法进行对比，此种方法具有很好的直观性，但是其所存在的误差也比较大。②产气速率法。对气体当中的各个要素实施深入分析，不仅对气体相应的组成含量所具有的绝对值进行分析，还对他们所存在的发展趋势进行密切观察，也就是对它们的产气速率进行观察，此种方法能够对那些具有突发性的故障进行判断，然而其在具体的操作方面却存在比较繁琐的状况，必须对气体所存在的变化状况进行记录。③特征气体法。对存在的所有气体，在具体的含量、结构及组成等方面进行逐个分析，虽然此种方法看起来比较繁琐及复杂，然而其在变压器故障判定相应的有效性、准确性及可靠性方面能够得到提升。

4 分析仪在地铁供电系统的实际使用

随着上海地铁的大发展，许多新技术、新设备在地铁供电系统中得到大量的运用。

在地铁供电设备的日常设备运行和维护中，要求对关键变压器特别是发现有异常的变压器经常进行故障气体、局部放电、绕组变形等多种项目的测量。从这些结果中得到的科学信息是供电部门预计并控制安全服务和运行成本的依据。

随着现代科技的快速发展以及微处理器的引入，在线监测仪器的发展速度正在稳步提高，使智能化在线监测仪器的广泛应用成为可能。由于通讯技术的发展使得在线监测的结果能够快速传递到远距离的分析和控制中心，在出现故障时不但能及时自动报警并可从多气体比值判断故障性质及类型，采取必要措施，更显示出了其重要作用。近年来在国外各大电力部门的应用已经证明，在线监测技术对电力设备的充分利用，提高效益，延长使用寿命以及降低运行维护费用方面都有积极作用。

5 TROM-600变压器油色谱在线监测系统的简介

自2009年，上海地铁多条新线陆续开通，主变电站引进了思源电气的变压器油色谱分析仪TROM-600用于对主变压器油的在线监控。

TROM-600变压器油色谱在线监测系统就是针对变压器内部的过热和放电性故障进行在线监测所开发的测试系统，该系统弥补了实验室离线色谱测试周期长的不足，可以在线监测油浸式变压器的运行信息。

TROM-600变压器油色谱在线监测系统是集控制、测量分析技术于一体的设备。系统分为油气分离、混合气体分离、数据分析处理、远程传输控制四大部分。设备可以测量反映变压器故障信息的六种特征气体。这六种特征气体是H2、CO、CH4、C2H6、C2H4、C2H2等。

TROM-600变压器油色谱在线监测系统工作原理：系统有强制油循环功能，这样能保证对变压器中的流动油实时取样。变压器中的油通过强制循环装置进入油气分离装置，通过高效的真空油气分离装置将变压器油中的特征气体完全分离。被分离的气体进入检测系统，通过色谱柱传感器，将气体浓度值转换成相应的电信号。采样控制系统采用进口PLC，具有质量稳定、性能可靠，稳定运行等特点。传感器的电信号通过高精度A/D转换器，转换成数字信号，储存、传输。检测的数据以数字格式，由通讯电缆将数据传送到智能控制器自动分析。传输协议采用RS485，具有传输距离长，传输速度快，同时数据以数字格式传输，使得信号的传输有很强的抗干扰能力。专用的RS485通讯模块，采用光耦完全隔离，系统与传输线路光隔离，避免电流回路损坏系统。信号端具有浪涌保护器，避免信号线路遭遇意外浪涌电流对系统的造成的损坏和干扰。

图1为TROM-600的系统图。

图1　TROM-600系统图

6 TROM-600变压器油色谱在线监测系统的实际使用

十一号线嘉定新城主变电站安装有一套TROM-600变压器油色谱在线监测系统。分别对1#、2#主变进行在线变压器油的色谱监控。自投运以来，该装置整体性能较为稳定。其人机对话的界面较为友好、操作方便。图2为人机对话窗口。

图2　人机对话窗口

对变压器内部故障时有价值的气体CH4、C2H6、C2H4、C2H2、H2、CO和总烃都有实时测量值和上限报警值的数据。能做到实时监控、故障报警的功能要求。

主变电站油色谱在线监控仪的使用大大提高变压器油色谱分析试验的真实性与灵敏度,这是状态检测的主要着眼点。此外,这样的在线监控就不必安排设备的停电计划,这显然给供电系统的运行带来方便。

状态检测将作为预防性试验中的一个重要组成部分,它将在很多方面弥补仅靠定期停电预试的不足之处。

7 结束语

从上述所举的实例可知，采用色谱分析方法对变压器运行当中相应故障予以维护具有很好的作用，需要对历史准确记录，并根据相应记录对变压器运行好坏进行准确、清晰的反映，色谱分析对于那些潜在的隐患具有更好的效果，其对于变压器故障监测所具有的作用巨大，因此，必须对其使用进行深入分析和思考，并在不断实践当中对其进行更好创新，以满足更多需求，提供更多服务。

参考文献：

[1]林永平. 变压器油色谱分析技术的发展及最新动态[J].广东电力, 2000(3):32-35.

[2]孙才新, 郭俊峰, 郑海平,等. 基于行为的变压器油色谱分析模糊诊断专家系统研究[J]. 电工技术学报, 2004, 16(3):49-52.

[3]徐康健. 变压器油色谱分析中用三比值法判断故障时应注意的问题[J]. 变压器, 2010(1):75-76.

[4]徐志钮, 律方成, 赵立刚,等. 基于Lab VIEW的变压器油色谱分析故障诊断系统[J]. 电力科学与工程, 2005(4):37-40.

[5]张新昌, 王俊. 变压器油色谱分析专家系统[J]. 变压器, 1994(11):17-20.

收稿日期：（2015-11-17）