变压器油色谱在线监测系统在张家口发电厂的应用

张国亚

大唐国际张家口发电厂 河北 张家口 075000

引言

张家口发电厂安装有8台主变压器，其中1号主变为SFP7-360000/220型，产于1988年，其余7台主变为SFP7-370000/500型变压器，最早的产于1989年[1]。作为厂内最重要、最昂贵的主设备之一，其是否安全可靠运行直接关系到全厂发供电的安全性及营利性。因此，及时抽取油样，并进行油中溶解气体的色谱分析以便及早发现变压器内部故障成为日常生产的一项重要工作。然而因油样采取受天气环境影响的因素较大，致使变压器在雨季、大风等极端天气里因不能及时进行油内气体色谱分析，而使得变压器的安全运行处于失控状态，面对厂内主变压器最长的一台已经投运超30年，情况亟待改进。

变压器油色谱在线监测系统是指在不影响设备正常运行的前提下，对变压器安全运行情况进行连续或分时段自动监测的系统。该系统填补了传统采油样检测法的不足，同时能够实时准确地对绝缘油中溶解的各种故障特征气体浓度及变化趋势进行监视与分析，与现有检测手段相结合，实现了变压器内部故障发现的准确高效性，防止了变压器局部故障的扩大，同时也大大提高了当今机组对电网输送电能可靠性和经济性提高的要求。

1 油色谱在线监测装置的工作原理

油色谱在线监测装置系统由前端脱气装置、数据处理器和系统分析管理软件三部分组成。

气体采集模块实现变压器油气的分离功能。在气体分离模块中，气体流经色谱柱后实现多种气体的分离，分离后的气体在色谱监测系统中，实现由化学信号到电信号的转变。气体信号由数据采集模块采集后通过通信口上传给后台监控系统，该系统能够进行色谱图的分析计算，并根据气体标定数据自动计算出每种气体的浓度值。故障诊断系统根据气体浓度值，用软件系统内的变压器故障诊断算法自动诊断出变压器运行状态，如发现异常系统能诊断出变压器内部故障类型并给出维修建议。

由上述逻辑流程图得知，所有色谱分析流程均在色谱分析系统中来完成，在既定的程序指令控制下，完成油样采集、油气分离、自动进样、样品组成分离、组分监测等一系列分析流程。

图1 油色谱在线监测装置工作工艺流程图

2 油色谱在线监测装置的特点

2.1 实现在线监测多种气体的智能化诊断功能。

在线监测的重要特征是监测系统几乎不用预防性试验的仪器，而是采用高灵敏度的传感器对反映电气设备绝缘在运行中恶化的信息进行采集，信息的处理和辨识依赖于具有丰富软件支持的计算机网络[2]。由于整个在线监测系统的原理和预防性试验的检测原理不同，不仅可以将某些预防性试验项目改变为在线监测，而且根据在线监测的特点还可以引出一些新的可更真实反映设备运行状态的特征量，引入信息处理和辨识的新技术对故障进行综合评判，实现智能化诊断。

2.2 具有长周期稳定、可靠、灵敏度高等特点

气体监测用气体传感器，具有性能长期稳定、可靠、灵敏度高，相应和恢复时间短，抗震动和冲击能力强等特点。其中乙炔气体的检测灵敏度达1ppm，完全能够满足电力系统通过乙炔气体浓度的变化诊断电力变压器有关故障的要求。

图2 2号主变气体组分历史数据浓度报表

2.3 友好的人机交汇

系统软件采用了面向对象的设计方式，使系统具有良好的扩展性和重用性。操作简单、维护方便。融合了各种测量设备，可以实现全面、丰富的测量内容，在满足对多种气体测量的同时，还能够进行微水、油温等指标的测量，同时具有温度补偿功能，避免了北方地区冬季低温造成气体组分浓度不准确等问题，大大提高了测量结果的准确性、合理性。

3 油色谱在线监测装置的数据诊断与日常维护

3.1 数据诊断

数据是整个系统的核心与灵魂所在，监测系统能够正确地获取系统数据并以形象、生动的方式展现给现场设备巡检人员。报表内容经过系统对选定时段内各种气体组分的浓度数据进行综合分析、计算和判断得出。专业人员根据数据报表即可快速得到变压器的基本运行情况，如气体组分有高于标准的情况，系统状态中将根据具体情况提示“一级报警”或“二级报警”，为迅速采取措施提供可靠依据。同时系统分析软件可以提供历史数据、实时数据和谱图数据等三种类别的数据。根据以上各类数据的特点，系统以直观、生动的表现方式以及丰富强大的控制功能将变压器油中各类气体的成分及浓度显示出来。

3.2 日常检查与维护

油色谱在线监测装置作为一个统一整体，任何环节出现异常，都会导致数据监测错误，甚至出现系统崩溃。因此在使用期间需开展必要的日常检测及简单维护[3]。结合主设备检查，定期检查系统运行程序是否处于正常运行状态，正常运行状态是指运行运行程序未被不正常关闭、系统上下位机连接正常，是否能够正常实现实时监测。确保数据采集器供电可靠，包括主电源、220V交流电源、24V直流电源等。检查各压力指示是否正常，减压器气瓶总压力指示应在最低压力以上，如低于最低压力时需立即更换新氮气。

此外，为确保工控后台能够持续、高效地运行，必须将该工控机独立运行，不能安装任何与其无关的控制系统。日常巡检查看时需有权限的人员按照预先设定的用户名及密码进行登录进行查看。

4 常见问题及处理方法

4.1 系统死机、断电后的处理

现场设备在数据采集之前发生死机、断电等问题时，只需重新启动系统，并将监控系统完全打开，即可恢复监测，基本对在线监测系统没有影响。如果现场设备次数据采集之前出现死机、断电等异常，故障又不能在下次采集之前排除，系统将少采集一次日常检测数据，对系统的稳定性不产生影响。

4.2 无法检测数据的处理

当系统出现无法检测数据情况时，首先确保数据采集器正常运行，此时检查RS485是否正常供电，是否有损伤；通信系统是否存在断线等异常；现场设备是否损坏或出现断电等异常；检查计算机系统设备参数设置，如无法解决需及时与设备厂家联系。

5 结束语

变压器在我国发供电系统中应用的越来越广泛，但是变压器的应用存在许多的缺陷，变压器非常容易出现故障，而变压器油色谱在线监测系统的研发就是为了减少变压器出现故障的次数。伴随运行时间的延长，会有越来越多的像张家口发电厂所属主变一样，运龄过长，内部隐患突增，利用现代科技手段加大监视力度，从而从根本上降低设备缺陷，保证设备价值创造最大化。