变压器油中溶解气体在线监测及诊断的研究

程韶君

长治供电公司变电检修室

变压器油中溶解气体在线监测及诊断的研究

程韶君

长治供电公司变电检修室

常规的实验室离线油中溶解气体分析，是通过定期在现场采取油样，之后在实验室色谱仪上进行分析。缺点是检测周期长，在取油样周期间隔中无法对变压器油中溶解气体进行实时有效的监测，且无法监测到变压器的突发性故障。安装油中溶解气体在线监测系统可以实现对变压器状态的连续监测，有利于及早发现故障征兆，对突发性故障的判别尤为有效，为变压器的安全可靠运行提供保障。

变压器；油中溶解气体；在线监测

各行业对电力需求日益增加，而且对供电稳定性和可靠性要求也越来越高。但是因电气设备运行状态的传统检测方式(预防性试验)需将设备停电，不能适应现代工业和社会用电需求。于是为了既减少停电又能确切掌握电气设备的运行状况，并及时发现、判断、处理设备存在的异常情况和隐患，使设备处于良好的运行状态，世界各国相继投入了大量的人力物力竞相研究和开发了各种智能化在线监测与诊断装置，取得了明显的经济效益。

1 变压器在线监测技术原理

在早期发生故障时，变电器将会出现特征气体，这些气体原本是油中氢气和一氧化碳。经过长时间运行后，变压器内的绝缘油和有机绝缘材料会在电和热的作用下出现分解和老化现象，从而导致油中有气体出现。对变压器进行在线监测，就是对变压器油中的特征气体进行检测。通过设置与变压器本体相连接的传感器，就可以利用传感器内部渗透膜进行气体的有选择吸入。而通过使这些气体与传感器内部燃料电池和空气中氧气反应，则能够得到与反应速率成一定比例的输出电信号。

2 油中溶解气体在线监测装置关键技术

2.1 装置基本组成

多组分油中溶解气体在线监测装置一般由油气分离单元、混合气体检测单元、数据处理单元和网络接入单元等几部分组成，如图1所示。首先对变压器取油样，进行油气分离，从油中获取所需混合气体，再对混合气体进行检测，将气体浓度信号转换成电信号，经数据处理单元再转换成相应的数字信号后，通过网络接入单元将监测数据传送给主机。

图1 多组分油中溶解气体在线监测装置系统框图

2.2 油气分离

油气分离是油中溶解气体在线监测的关键步骤，其气体萃取的效果和速率直接影响装置检测的准确性和实时性。目前应用于在线监测装置的油气分离方法主要有：薄膜渗透法、真空脱气法、平衡取气法和吹扫捕集法等。

(1)薄膜渗透法借助有机合成的高分子膜来透析各种气体，国内使用较多的有聚四氟乙烯膜。渗透膜加工简单，成本低，但油气平衡所需时间较长，并且膜易老化，目前在线监测装置中应用较少。(2)真空脱气法主要有波纹管式和真空泵式，利用多次伸缩产生真空，使气体从油中脱出，脱气效率较高，结构相对简单，目前被多家监测装置厂家所采用。(3)平衡取气法通常采用振荡或搅拌平衡的方式，搅动油样脱气，使油中溶解气体在气、液两相达到分配平衡，根据分配定律得出油样中各气体组分浓度。此法较薄膜渗透法速度快，但油、气无物理分界面，且溶解对气体有稀释作用，降低了之后气体检测的灵敏度。(4)中空纤维脱气法它是由数千根中空纤维组成，每一根中空纤维都由高分子聚合薄膜制成。相比平板薄膜来说，中空纤维油气表面积大了成百上千倍，从而油气平衡时间也大大缩短。中空纤维在选择合适材料和纤维表面积大小后，油气平衡时间能达到2h以内。该方法必须保证变压器连续、不断地流过中空纤维内腔或外腔，必须采用外加油泵配合使用，由它们组成的油气分离模块成本比较高。

2.3 变压器油中气体在线监测的优点分析

变压器油中气体在线监测是直接在现场实现变压器的定时在线智能化监测与故障诊断，较之离线色谱分析具有如下优点：

(1)对油中溶解气体进行连续的检测，可以及时掌握变压器的运行状况，发现和跟踪存在的潜伏性故障；(2)可以根据专家系统对故障进行诊断，避免部分灾难性事故，对实现状态检修、降低维护成本、提高自动化程度都是有利的；(3)可以降低如取样方法不规范、脱气率不高及其他操作原因等形成的误差，获取更真实的产气速率，提高故障诊断的可靠性；(4)可以实现反映变压器电气异常的多特征量(色谱、局部放电、介质损耗等)的故障综合评判诊断，以及与其他在线监测与诊断装置联机，实现对整个变电站运行工况在线智能化监测与诊断。

目前油中溶解气体在线监测数据对变压器故障诊断只能起到初筛的作用，还需实验室离线检测再次确认。部分在线监测装置在投运后没有定期校准，因此，受现场环境影响装置长期运行后的检测结果偏差较大，准确性不满足标准要求。建议运行单位进一步完善在线监测装置的运维管理规定，至少每两年安排一次现场校验，每半年开展一次在线与离线检测数据的比对，当在线监测数据偏差较大时，及时安排厂家或维护单位进行校准处理。

[1]周利军.基于DGA技术的牵引变压器在线监测系统研究[D].成都：西南交通大学，2004.

[2]贾瑞君.高分子薄膜在变压器油中溶解气体在线监测中的应用[J].变压器，2001，38(10)：37－40.

[3]张川，王辅.光声光谱技术在变压器油气分析中的运用[J].高电压技术，2005，31(2)：84－86.