电力变压器油色谱在线监测系统雷晨昊

电力变压器油色谱在线监测系统雷晨昊

雷晨昊于一三张永熙陈世炯

（国网新疆电力有限公司乌鲁木齐供电公司新疆乌鲁木齐830011）

摘要：随着经济的不断发展，社会在不断的进步，介绍电力变压器油色谱在线监测系统的基本原理、系统组成，对系统采集到的数据进行了应用分析，准确地确定了电力变压器的状态，为实现设备的状态检修提供了依据，明确指出油色谱在线监测系统，对电力变压器运行、故障诊断分析及开展状态检修具有一定的实用意义。

关键词：电力变压器；油色谱；状态检修

引言

电力设备检修发展分三个阶段：故障检修、周期检修及状态检修。第一阶段：电网规模小，电压等级低，且设备发生故障所带来的损失和影响不大。一般采用事故后检修，当设备损坏后，停电检修，即故障检修，其原则是坏了就修，修必修好；第二阶段：电网规模逐渐增大，电压等级也随之提高，设备故障所产生的影响也相应增大。从事故后检修逐渐发展到预测性检修，即周期检修与预防性检修，其原则是到期必修，修必修好；这期间形成了对某些设备的预防性试验试行标准，并逐渐构建了局部预防性维修体系。随着信息技术进步，数字化电网与智能电网逐渐被人们认识，供电可靠性要求也越来越高，检修策略转变为状态检修，即根据设备的实时运行参数，判定其状态，根据状态决定检修，其原则是该修则修，修必修好。电力设备状态监测是实现状态检修的基础，是状态检修的技术支撑。油浸式电力变压器的绝缘主要是由绝缘油和浸在油中的绝缘纸板等组成。其中绝缘油又称变压器油，主要成分是烷烃、饱和烃、不饱和烃等化合物。绝缘纸板等材料主要是由纤维素构成。通过长时间的运行，变压器油和固体绝缘材料在热老化、电老化和电化学老化的过程中会分解出极少量的氢气（H2）、一氧化碳（CO）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）或二氧化碳（CO2）等气体。当故障发生时这些气体的产量会迅速增加。为确保变压器的安全运行，利用油色谱试验来分析绝缘油中溶解气体的含量，以此来判断变压器故障的类别。传统的实验室油色谱试验分析方法，试验周期长，时效性差。而油色谱在线监测系统，可实时监测变压器运行状态，及时更新参数，及时诊断故障，可以初步判断故障趋势。

1变压器监测发展概况

早期主要通过现场巡视油温、油位及运行声响，并结合定期检修等对电力变压器进行监测。定期检修有自身的科学依据和合理性，但这种检修模式存在以下弊端：工作量大，检修成本高；缺陷检出率不高；存在过度检修，检修中增加了产生新隐患的几率；检修需停电，增加了误操作几率；新技术发展导致原有检修管理、规程及工艺与实际不符；计划检修周期与设备寿命及故障规律不符等。基于变压器等早期检修模式存在的问题，国家电网公司于2006年初开始推行状态检修，2009年5月，又推出智能电网发展计划。随着智能电网建设的推进，变压器智能在线监测技术成为智能电网的研究热点之一。目前，国内外对变压器在线监测原理研究有多种方法，如变压器局部放电、油色谱分析、铁芯多点接地等在线监测系统，但大多依据单项原理进行产品开发或研究，若想获得变压器各种故障信息，现场需安装多套设备及后台装置，存在占用空间过大及后台装置重复设置问题。

2变压器油色谱在线监测系统组成与功能

2.1变压器油色谱在线监测系统组成

油色谱在线监测系统由色谱分析模块、通信模块、电源模块及后台监控工作站等组成，如图1所示。绝缘油色谱分析模块：油气分离单元，气体检测单元，控制单元等。完成变压器绝缘油样采集、油气分离、自动取样、组份分离、组份检测等工作。载气装置把样本气体组分，通过流动性气体载入色谱柱进行分离。油气分离单元采用色谱柱高效、快速分离出变压器油中的溶解气体；气体检测单元采用微桥式检测器，流速稳定、体积小灵敏度高，与实验室内色谱分析水平相近。通信模块：完成数据及控制指令的传输功能。

图1油色谱在线监测系统组成

2.2变压器油色谱在线监测系统功能

电力变压器油色谱在线监测系统功能如下。完成变压器油色谱分析仪的数据采集。报警功能，超阈值范围报警。故障诊断，依据《GB/T7252—2001变压器油中溶解气体分析与判断导则》，完成故障诊断。数据综合应用，基于变压器基本信息及对应的变压器油色谱数据的数据库管理系统，为变压器的状态分析积累数据，应用功能的分析流程如图2所示。

图2油色谱在线监测系统的分析应用流程

3变压器油色谱在线监测系统应用

3.1基于油中溶解气体的变压器故障诊断方法

变压器不同故障会产生不同气体，按照变压器油的气相色谱测定结果和产气的特征性及特征气体的量值等，可以初步对变压器故障及其性质做出判断。变压器油中溶解气体H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO和CO27种气体对于判断变压器的故障类型具有参考价值，称为特征气体。其中，CH4、C2H6、C2H4、C2H2的总和称为总烃，H2和总烃的和称为氢烃。根据试验和工程经验的积累，变压器故障类型与性质的判断规则分别如表1、2所示。从气体组分相对占比与绝对量值参考给出了参考判据。

表1变压器故障类型分类

表2变压器故障性质分类

3.2在线监测系统具体应用

2010年6月，在某变电站#1主变安装了1套变压器油色谱在线监测系统，运行至今，发现了2次疑似故障，经过离线油色谱试验对比分析，确定了1次局部放电事故，检修时做了处理，避免了事故的发展与扩大，起到了相应的作用。表3是该变压器2011年5月，正常运行的情况下，一天24h内油色谱采样数据。表4是#1主变2012年9月16日，一天24h采集的数据，从表中数据可以看出，氢气含量达到了10.38μL/L，且总烃数不高，CO和CO2变化不大；根据在线监测的数据出现的异常情况，对该变压器进行了当天现场取样，在试验室内进行油色谱分析试验。结果与在线监测的数据的值趋势是一致的，结合在线与离线油色谱分析的结果，可以判定该变压器存在局部放电故障，但基本不涉及固体绝缘的局部放电，因为CO和CO2的变化不明显。采取的维修策略是在进行滤油处理。处理后，在线监测的数据恢复到正常状态。

表3某110kV变电站#1主变油色谱在线监测数据单位：μL/L

表4某110kV变电站#1主变油色谱在线监测数据单位：μL/L

结语

电力变压器结构复杂，故障原因、故障现象多样、故障机理模糊不确定，导致绝缘故障诊断较为困难。本文通过变压器油色谱分析系统的在线监测数据的研判，表明变压器油中溶解气体的组分和含量，可以通过油色谱分析试验得到相应的值，作为表现电气设备电气异常的特征量。对在线监测数据进行处理，实现了图表分析和初步故障诊断等功能。结合离线试验方法，给出变压器故障的正确诊断和维修策略。变压器的故障诊断系统是一个复杂的系统，不能依靠单一的特征参数来准确判定故障类型、部位、程度和趋势，要从电、机械及化学等多视角、多参量，来综合评价，形成多判据共同指向某一故障特征，才能更有效、准确地诊断变压器的各类故障。

参考文献：

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