变压器油中溶解气体全自动色谱检测技术研究

摘要：通过全自动色谱分析技术的研究，可极大提高色谱检测的准确性、重复性、检测效率，释放人力资源，为变压器的安全提供可靠保障。

关键词：变压器；安全；油中溶解气体；色谱仪；全自动

Abstract：The study of automatic chromatographic analysis technology can greatly improve chromatographic detection accuracy， repeatability， detection efficiency and the release of human resources， offering reliable guarantee for the safety of the transformer.

Key words：Transformer； Safety； Gases dissolved in transformer oil； Chromatograph； Fully automatic

引言

氣相色谱法检测变压器及充油电气设备潜伏性内部故障，已经成为一项极为重要的监测手段。传统的实验室变压器油色谱分析，在进行油中溶解气体分析时，进气、脱气、取气、进样、采集等试验环节都需要人工去操作，并且每个环节的操作对试验人员技术掌握熟练程度要求比较高，不同技术水平人员进行试验导致有较大的误差，造成试验数据的不稳定，进而影响对设备故障类型的判断，影响电力变压器的安全稳定运行。并且现有的气相色谱仪一次仅能分析一个样品，而绝缘油色谱分析存在定期集中分析的特点。一旦开展检验工作，样品量都比较大，几十只甚至上百只的油样集中分析，给试验人员造成了很大的劳动强度，并且现有的技术手段分析周期长，效率低下，已远远不能满足生产需求。

随着超高压、特高压输变电设备快速增长，依靠油色谱数据准确判断变压器等充油设备的健康状况变得日益重要，对色谱数据的准确性提出了更高要求。目前的变压器油色谱检测技术已经使用了20多年，色谱数据准确度已经不能满足对特高压、超高压变压器状态评价的要求，有必要开展全自动变压器油色谱检测技术及关键装备研发，全面排除人为操作、测试环境等因素干扰，大幅度提高油色谱检测数据的准确性，为高参数、大容量输变电设备的状态评价和潜伏性故障诊断提供可靠的数据支撑。

一、全自动色谱检测技术的研究对现状及技术发展的作用

全自动气相色谱检测技术的研究是利用虚拟仪器技术和网络远程控制技术整合了气相色谱技术、顶空脱气技术、色谱工作站网络化技术等设计理念，可以实现对绝缘油的全自动化分析，无需人工操作，一个流程同时可以分析1-16只油样。

该系统设计无需人工操作，自动化完成整个流程分析，屏蔽了因操作员个体差异导致的人为数据误差，数据精准度更高；增加了单次分析的做样个数，集中完成多个油样的分析，大大节约了分析时间，有效的提高工作效率。

该系统同时具备强大的软件数据模型，组织专家诊断，给出诊断意见、可通过Internet或GPRS无线网络直接远程操作硬件设备、查询数据、远程设备校准，并可将多台主机组成一个网络系统，实现色谱数据资源共享和远程专家会诊。

通过该技术的研究可建立起详实的理论研究报告，研发出一套能够全自动进行绝缘油色谱分析用的试验设备。对于变压器绝缘油的检测真正做到操作自动化，降低试验过程中的人为误差因素。同时研发一套用于数据网络共享的操作平台，实现数据资源共享，为电力变压器的长期稳定运行提供保障。

二、全自动色谱检测技术研究内容

实验室全自动油色谱检测系统分两部分研究，一是虚拟色谱仪设计研究，二是自动脱气和进样系统设计研究，两部分采用分体式独立结构设计，共用一个工作站操作平台控制操作，工作站操作平台采用虚拟设计方式设计控制界面，由软件来控制硬件。工作站建立完善设备数据库，同时利用计算机网络技术，实现对主机的远程专家协助和数据资源共享等。依托色谱技术经验，对气路流程进行优化，研制高效的抗污染气相色谱柱提高色谱柱分离效能。对气相色谱用检测器进行改进，提高检测灵敏度和精准度。对动态顶空脱气技术进行研究，提高温控精度，保证脱气效率稳定，实现试验数据的精准。

（1）全自动化智能操作。整个系统集取油、脱气、排油、色谱分析系统于一体，用户只需将油样放置在托盘里或通过软管连接在主机样品进口，便可自动完成整个分析流程，完全避免了因传统的人工操作造成的数据误差，提高了分析精度和重复性，避免人工操作引起的分析误差。

（2）自动阀进样技术。系统采用定量管阀进样技术，具有精度高、重复性好的特点，避免了手工进样造成的试验误差，提高了试验准确性。

（3）虚拟仪器设计技术。仪器的工况条件、功能显示通过虚拟仪器技术完全显示在配套的工作站界面上，仪器的操作全部可通过工作站进行，全面实现自动化、智能化。

（4）人性化的工作站软件。全自动变压器油分析气相色谱仪工作站，拥有简洁易用的界面，操作人员可轻松掌握其使用方法。该工作站既可对仪器进行控制，又可进行数据分析处理，并带有专家智能诊断系统，具有数据管理功能强大、工作效率高、性能先进、适用性强等优点，可立即对变压器故障状况进行分析诊断。

三、全自动变压器油色谱分析研究的关键点和难点

（1）脱气部分。采用机械振荡的原理方式，将被检测油样中所溶解气体进行有效的脱出，具有性能稳定可靠，操作简单等特点。

首创采用盘式脱气技术，并设计有定位功能，可利用一台伺服电机对振荡脱气和油样定位进行精确控制，有效减少了机构的复杂程度，使用可靠性有效提高。

整机采用智能化控制系统，加热、温控、定时振荡、延时报警，均由微机自动控制。

采用高性能大扭矩伺服电机和传动机构，整机性能可靠，噪声小，具有精确的定位精度和振幅控制。

可同时对16支油样进行脱气。

（2）取气部分。该部分由推针机构和进取气机构组成，可通过能够有效防止外部气体进入气路流程的正压取气方式完成气体的定量提取和注入操作，并通过独有的图像识别功能作为控制依据，对所操作油样进行实施监控和控制。

其中取气机构位于整机的上部，由直线导轨和伺服电机为驱动，控制取氣针进行精确地定位，可对被操作油样进行定性和定量监测，推针机构位于脱气盘下部，并与上部的取气机构位于同一条中轴线上，可配合取气机构的动作要求进行动作补偿。

（3）图片识别。能够自动识别活塞式脱气瓶中油位高度并计算出脱气体积，并能识别脱气瓶编号并将脱气体积自动保存到工作站相应的样品信息中。是自动化控制信号端，为整个系统的智能化流程提供可靠地信息参照以及对执行效果进行有效监控。

四、预期目标和创新点

全自动色谱检测系统兼具了气相色谱仪、脱气装置和工作站软件，完全的自动化流程，无需人工参与。可连续分析1—16个样品，振荡顶空脱气装置通过阀切换技术实现自动进样，工作站应用虚拟仪器技术，智能控制脱气装置和色谱仪的工作过程，采集色谱分析谱图，经过峰处理和外标数学模型，得到分析结果，并使用各种诊断模型，进行专家诊断，给出诊断意见。其突出的创新之处包括：

（1）振荡脱气和色谱分析系统一体化设计。针对目前变压器油气相色谱分析中联合使用的振荡脱气仪、气相色谱仪因取气中样品逸散、管道死体积多等因素引起测试准确性的问题，本项目将振荡脱气和气相色谱分析系统有机整合在一起，实现气相色谱分析系统的一体化设计，从流程上避免了取气逸散，减少了管道死体积。

（2）所设计的振荡系统，可以保持活塞式脱气瓶内常压环境振荡脱气，有效避免回溶影响。

（3）全程自动化控制，放样后一键操作完成整个分析流程，包括进气、脱气、取气、进样、采集、数据分析、诊断报告，屏蔽了因操作员个体差异导致的人为数据误差，数据精准度更高。

（4）单次多样品分析，一个流程同时可以分析1-16支油样，增加了单次分析的做样个数，集中完成多个油样的分析，大大节约分析时间，有效提高工作效率。

（5）首次在气相色谱分析中加入图像识别系统，进行多信息识别，包括图像识别脱气量、变电站信息等，提高色谱仪自动化水平。

五、结论

通过项目的实施可研发出一套全自动变压器油色谱检测系统，对于变压器绝缘油的检测真正做到操作自动化，降低试验过程中的人为误差因素，提高油色谱检测试验的准确性和重复性；多样品同时检测分析，极大地提高了油样集中分析效率。

参考文献：

[1]朱明通，快速自动全脱气进样装置在变压器油气相色谱分析中的应用，变压器，2007（7）。

[2]国家能源局，变压器油中溶解气体分析和判断导则，电力行业标准，1974。

作者简介：闫国栋，河南商丘人，助理工程师，从事电气设备调试维护工作。