油色谱在线监测装置载气低气压告警传送装置的研制

陈文鸿 曾 莉 朱跃胜

（广东电网有限责任公司江门供电局，广东江门529000）

0 引言

变压器油色谱在线监测系统主要是通过分析变压器油在主变发生故障时产生的故障气体特征来判断故障类型及故障的严重程度。油色谱在线监测系统采用按一定比例配制而成的高纯合成空气作为载气，用高压容器（载气瓶）进行装载。目前，油色谱在线监测装置一般配置一主一备2瓶载气，现行各类油色谱在线监测装置厂家配备使用的每个载气瓶容量为8～15 L不等，气瓶压力约12 MPa。在实际生产工作中，载气参与油色谱在线监测装置的油化试验，每次都会消耗一定程度的载气，载气瓶的压力值会降低。正常情况下，每瓶载气使用时间为6～8个月，若设备存在异常情况，则载气有可能消耗得更快，且很难把握载气的消耗情况。当载气瓶气压不足时，需进行载气瓶的更换工作。

1 项目背景

目前，为了掌握载气的消耗情况及确定是否需要更换载气瓶，只能依靠维护人员到现场巡视检查并更换，这就存在以下问题：（1）专业班组管辖的变电站多且分布较广，油色谱在线监测装置数量众多，巡视维护成本较高，尤其是载气瓶气量充足的情况下巡视更是浪费了大量人力、物力，不符合经济性要求；（2）目前气瓶的使用气量都是结合运行经验进行估算，但即使是在同一个变电站，由于主变投运时间不同，采用的设备厂家或型号不同，油色谱装置的载气消耗速率会存在很大差异，这就导致其载气更换周期亦存在差别，更换周期难以准确把握；（3）为了确保油色谱装置稳定运行，维护人员一般在载气阀显示低值时会提前更换新的载气，造成资源浪费；（4）为了节约设备占用空间，在线装置箱体逐渐小型化，载气瓶的体积和容量也相应减小，导致更换载气频率越来越高，这就需要投入更多人力、物力去维护更换，否则将影响设备测量结果或造成设备离线失效。

2 项目技术方案及实施

基于上述问题，本文提出了研制一种油色谱在线监测装置载气低气压告警传送装置。该装置整体可分为5个主要部分，包括：（1）高气压传感器，通过使用高灵敏度的气压传感器，准确检测出载气瓶的压力数据；（2）减压阀，是组成装置的重要部件，用以调节载气气压；（3）低气压传感器，用以采集低气压端的载气气压数据；（4）无线通信模块，通过Modus-485通信技术，对气瓶切换装置中气阀的状态进行读取，能获取到当前使用的气瓶是主体气瓶还是备用气瓶，并上传气压数据到监控系统；（5）载气气量后台监控系统，能够实时查询气瓶的压力值，同时将载气瓶的压力值通过无线传输方式通知相关运维人员，并通过载气共用式自动切换装置实现双气源结构，在载气使用过程中自动识别切换备用气瓶。

如图1所示，载气共用式自动切换装置主要由以下几个部分构成：（1）两个单向阀，防止主备两个气瓶之间相互串气；（2）两个压力传感器，用于分别检测气瓶的压力；（3）一个两位双控电磁阀，用于驱动气动阀（工作气瓶选用阀）；（4）一个气动阀，用于切换工作气瓶；（5）一个单片机，用于处理各元器件之间的工作逻辑和采集记录箱体环境温湿度；（6）一个显示屏，用于显示箱体的当时时间、环境温湿度、气阀状态和气体情况。

图1 载气共用式自动切换装置结构图

工作时先启用A气瓶，当A气瓶气量压力小于0.4 MPa时，压力检测器发出低压信号到单片机，单片机回馈输出信号，两位双控电磁阀切换为工作状态，驱动气动阀，气动阀换向切换使用B气瓶。单片机存储记录切换状态，并可通过通信模块告警提示巡维人员更换载气低值气瓶。

载气共用式自动切换装置主要实现了以下四大功能：

（1）载气自动切换。载气共用式自动切换装置采用双气瓶组成双气源结构，在主气瓶载气低压时可自动切换到备用气瓶，切换主备气瓶过程中可不中断气体供应，切换时间极短，时间小于0.5 s。为了避免自动切换装置故障时无法切换气瓶，本装置也具备手动强制切换功能。

（2）工作气瓶可视化。本装置中的显示屏能实时显示主备气瓶的工作状态和具体工作参数。

（3）无气声光报警。载气共用式自动切换装置的主备瓶都设有气压低（低于1.4 MPa）声光报警，通过蜂鸣告警提示巡维人员更换载气，声光报警需要手动复位。

（4）温湿度采集。载气共用式自动切换装置设有环境温度和湿度采集显示功能，温度测量范围为-30～70 ℃，测量精度为±0.3 ℃，湿度测量范围为0%～100%RH，测量精度为±2%RH，温度、湿度记录采样周期为5～250 s（可设），并设置存储记忆功能。

3 项目应用效果分析

油色谱在线监测装置载气低气压告警传送装置采用的是双气源结构，通过低气压侧监测到压力不足时，可采用载气自动切换装置实现气瓶自动切换，保证运行中的压力稳定性；且切换装置适用性广，可适用于所有带双气瓶的油色谱在线监测装置；同时可在后台监控系统实时显示气瓶在用的工作状态，维护人员只需在办公室打开载气量后台监控系统，就可随时掌握各个变电站各台主变的油色谱在线监测装置载气情况，从而合理规划载气更换；该装置还融入了温湿度监测功能，可实时监控在线监测装置运行环境，有效辅助在线监测装置故障诊断。

油色谱在线监测装置载气低气压告警传送装置所带来的效益主要体现在：

3.1 精益性方面

油色谱在线监测装置载气低气压告警传送装置的应用约能减少运维人员每年50%的换气工作量，运维人员可结合专业巡维周期有计划性地开展载气更换工作，提升运维工作效率，减少因载气不足、更换不及时所造成的油色谱在线监测装置离线故障，提升在线监测装置在线率指标，实现对一次设备的长期在线监测。

3.2 安全生产方面

油色谱在线监测装置载气低气压告警传送装置实现了载气量的可视化，有效减少了不必要的现场巡视；且通过长期监控在线监测箱体温湿度情况，可有效辅助在线监测装置故障诊断。

3.3 经济效益方面

载气瓶共用式自动气体切换装置可有效避免提前更换气瓶，提高载气瓶内气体的利用率，延长载气的使用时间；能够及时发现问题，准确定位，减少大量且重复的无用功，节省大量的人力、物力，为电网运维节约成本。

4 结语

油色谱在线监测装置载气低气压告警传送装置能够实时监控载气气瓶的气压值，并通过无线传输方式通知相关运维人员，基于切换装置实现双气源结构，提高了载气的输出容量，在载气使用过程中能自动识别切换备用气瓶，延长载气瓶的更换周期，降本增效，节省大量的人力、物力。目前，油色谱在线监测装置载气低气压告警传送装置已在220 kV群星站#1主变安装试用，反馈效果很好，在技术成熟时可推广至广东电网及全南网变电站油色谱在线监测系统使用。