杜儿坪矿110 kV 变电站变压器油质在线监测系统的应用分析

姜凯翔

（西山煤电集团公司发电分公司， 山西 太原 030053）

杜儿坪矿是一座年产500 万t 的现代化矿井，杜儿坪矿井下生产、运输以及地面风机房的供电电源全部来自杜儿坪矿110 kV 变电站，杜儿坪矿110 kV变电站的运行安全直接影响着井下人员的安全。杜儿坪矿110 kV 变电站站内有2 台容量63 MW、电压等级110 kV/35 kV/6 kV 变压器，变压器是整个变电站的核心供电设备，其安全运行对矿井安全生产至关重要，但是变压器是一种壳体设备，其内部的结构和安全隐患都是较难直观发现，通常都是按照每年固定的预防性试验来确定其运行状态，但是故障的发生往往具有不确定性，不能上一次的检查情况判断当前的状态，因此构建和完善变压器的在线监测系统及简单故障诊断、预警系统对杜儿坪矿有着极其重要的意义。当前油浸式电力变压器的油质在线监测系统已经是作为保障变电站安全运行的重要研究方向，其通过实时监测分析油中特征气体含量进行分析，再结合变压器的出厂参数、定值参数等数据，利用智能算法进行故障分析，在通过网络传输到上位机显示检测情况和发出告警，让运行人员进行分析判断故障点和进行应急操作，为变电站的安全提供了重要依据，因此杜儿坪矿110 kV 变电站选取了型号为GTCA-3600 的变压器油色谱在线监测系统，满足对变压器油色谱在线监测的要求。

1 GTCA-3600 油色谱在线监测系统介绍

杜儿坪矿110 kV 变电站选用的GTCA—3600油质系统是电力行业内比较先进的一款油色谱分析产品，它可以同时监测单氢、多组份、全组份油中溶解的故障气体量，在线分析运行中变压器油的微水的含量是它的特色功能；该套在线监测系统的监测速度快，能够在检测的同时与上次检测结果进行比对，做出增长还是下降判断，然后与系统中设置好的报警阀值进行对比，如差值超过规定范围则会发出声光报警信号来提醒运行人员有故障需处理，降低了变压器大事故发生概率。当变压器内部发生故障时，油质在线监测系统还能够记录故障时变压器油中甲烷、乙炔等气体含量，为技术人员判断故障原因提供重要参数。

2 GTCA—3600 变压器油质色谱在线监测系统的特点

1）该系统可以实时监测氢气、一氧化碳、乙烯、二氧化碳等气体浓度和同比上一周期增长率，并在线传输至后台机。

2）该系统分析周期短，最短周期为1 h，最长不超过30 d，可根据需要自行设置。

3）该系统循环采样变压器油，这样不会造成变压器油的损失，省去因采样需要补油的工作。

4）该系统可以实现在真空环境及磁力搅拌方式下进行快速分离油和气体，大大稳定脱气率。

5）该系统使用专利冷阱技术，使油气污染彻底清除，使所用设备寿命长且真正实现免维护。

6）该系统使用专用高性能单一色谱柱，系统检测的可靠性大大提高，适用于户外变压器运行。

7）该系统使用先进的MEMS 集成传感器技术，检测灵敏度高，寿命增长，传输数据稳定。

8）该系统的检测数据可以提供互联网实时传输，能够做到远程查询和远程监控。

9）该系统可以做到故障气体特性曲线的自动捕捉峰值图，并可以与原始谱图对比分析。

10）该系统实现了多数据显示和查询方式的多样化，可将数据自动生成报表和趋势图的形式方便用来进行分析，并提供专业的三比值法、大卫三角法和立方体图示法等多种故障诊断方法。

此外该系统还有发现异常事件及时报警功能，而且配套在变压器上的装置安装和维护都很简单，都可以进行带电设备整体安装和操作，实用性大大增强，减少对变电器进行的操作，节省了时间和成本。

3 GTCA—3600 变压器油质色谱在线监测系统的工作原理

GTCA—3600 变压器油质色谱监测系统的主要工作原理是气相色谱分析原理如图1 所示，该原理检测油中溶解气体含量结果准确、可靠。当运行中的变压器发生内部短路故障时，变压器线圈还有连接引线就会发热，变压器油和其他绝缘物质就会因受热产生CH4、CO、C2H2等特征性气体，与此同时还会产生一些其他气体，比如氢气、二氧化碳等。以上提到的各气体在变压器油中含量浓度的百分比与变压器油中的可燃气体的总浓度百分比（即国际统称的TCG），这些气体含量的变化是作为分析变压器内部故障点的主要判据。

当GTCA-3600 变压器油质谱在线监测系统处于工作状态时，油样采集元件利用压力差原理通过泵吸方式将油吸入其中，然后借助内部油泵使采集到的油样进行循环，并导入到真空环境中进行一定时间的磁力搅拌，随后就可以快速达到油气分离的效果，再经过专业的冷阱技术分离排除杂质后，使因变压器故障而产生的指定气体通过气管导入至六通阀定量管中。在定量管中的这些因故障产生的各种气体相互混合，最后在运载气体的带动作用下进入专门的色谱柱，通过色谱柱对不同的气体亲和力的不同，能够将不同特征气体进行分离，进而判断出各种特征气体的含量。

色谱柱分析出各种气体及含量后，就需要进行数模转换并以数据的形式展现在后台机上以便运行人员阅读。接下来色谱柱吸入的气体会按一定的出峰顺序一一通过其敏传感元件，气体传感器逐对它们逐一进行检测，各种特征气体的含量百分比会转换成对应的信号。此时数据采集元件的核心部件CPU 会进行转换处理运算，并存储这些电信号。上位机通过数据采集获取每日在线监测得到的数据。这些原始数据通过工控机的数据分析软分析处理后，就能计算出各种气体的分别含量百分比和总烃含量百分比。最后经过后台工控机的变压器故障诊断系统软件分析计算出的油色谱数据结合设好的正常数据值给出故障判断，这样就完成了变压器内部故障的在线诊断监测功能。

此外GTCA-3600 型油质在线监测系统还具有其他辅助功能，例如监测系统能够接收到一些预警信号，这些信号可以使数据采集元件就地输出的多路无源触点式预警信号；还可以进行油中的微水检测，这些检测由专门的外置微水在线检测装置进行，其得到的检测数据会传输至油色谱在线监测系统的专业数据库，方便日后的查询和故障的判断。

图1 GTCA-3600 变压器油色谱在线监测系统图

4 结语

杜儿坪矿110 kV 变电站的变压器的GTCA-3600 型变压器油色谱在线监测系统的应用，确保了能够提前发现变压器内部出现的故障，同时能够诊断故障发生点，做到了安全预警，确保了杜儿坪矿供电的安全连续性，避免了井下由于主变故障长时间失电的发生，对其他矿井单位实现变压器的在线监测和故障判断提供了指导经验，具有很好的借鉴意义。