（沈阳铁路局电气化改造建设工程指挥部 辽宁沈阳 110000）
摘要：铁路牵引变压器是铁路系统中最重要的电气设备之一，也是导致铁路系统事故最多的电气设备之一，其运行状态直接影响铁路牵引系统的安全稳定运行。牵引变压器运行过程中有一部分电能转换为变压器的热能，另外由于绝缘性能缺陷导致的局部放电也会产生热能，使变压器绝缘油产生明显的温升；将导致变压器绕组绝缘加速老化，降低变压器油的绝缘性能，影响变压器使用寿命。近年来，由于变压器油绝缘性能恶化而造成的变压器爆炸烧毁事故在国内外电网系统中时有发生，导致供电线路停电，造成了比较严重的经济损失。
关键词：变压器油；溶解气体；在线监测
变压器是电网系统的核心设备之一。在油浸式电力变压器运行过程中，绝缘油和有机绝缘材料在放电、过热作用下，可以分解出H2，CH4，C2H6，C2H4，C2H2，CO和CO2等特征气体，这些故障气体的组成和含量与变压器故障类型及其严重程度有密切关系。由于传统定期取油样的离线分析手段在检测周期上具有局限性，近年来变压器在线监测技术发展迅速。通过在线监测装置对变压器油中溶解气体进行实时而连续的监测，可及时发现变压器内部存在的潜伏性故障，并持续跟踪其故障发展趋势。随着电网设备状态检修工作的不断推进，油中溶解气体在线监测装置在现场的实际应用也越来越广泛。
1 油中溶解气体在线监测系统的原理
1.1 油中溶解气体在线监测系统分类
目前，变压器油中溶解气体在线监测系统主要分为单组分在线监测系统和多组分气体在线监测系统2大类。
1.1.1 单组分气体在线监测系统
单组分气体在线监测系统，主要包括单H2和C2H22种在线监测系统。通过分析单一的H2或C2H2含量来判断变压器故障。由于检测气体单一，无法满足目前状态检修工作的需要。
1.1.2 多组分气体在线监测系统
多组分气体在线监测系统与实验室离线油色谱分析的特征气体基本一致，主要包括H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO、CO27种气体。目前使用较多的是多组分气体在线监测系统，该系统可以真实反映变压器的健康状态，保证变压器的安全稳定运行。
1.2 油中溶解气体在线监测系统的核心模块
1）油气分离模块
常用的油气分离方法有膜渗透脱气、真空脱气、静态顶空脱气、动态顶空脱气4种，目前采用最多的是动态顶空脱气法。动态顶空脱气法是利用流动的气体对样品中的特征气体反复吹扫，通过一个吸附装置（捕集器）收集样品，再由切换阀将捕集器接入色谱的载气气路，同时捕集器中的样品组分快速解吸后随着载气进入色谱系统进行分析。该脱气方法具有流程简单、脱气时间短、脱气效率高、重复性好等优点。
2）色谱柱模块
气体样品由载气带入色谱柱后，由于各组分在色谱柱中的吸附力不同，也就是各组分在色谱柱中气相和固定相的分配系数不同，经过一定的柱长后，各组分便彼此分离。针对油中溶解气体在线监测系统现场试验频率较高、现场免维护的特点，要求采用的色谱柱必须具有柱效高、抗污染能力强、使用寿命长等特点。因此，目前油中溶解气体在线监测系统采用的色谱柱均为高性能的专用复合型色谱柱。
3）检测器件
a.油样采集和油气分离单元。对油样自动采集，通过油气分离单元析出其中的溶解气体。b.气体检测部分。混合气体进入色谱柱，与其中固定相基质发生反应，实现不同组分气体之间的分离，之后利用气体检测器实现气体的气－电转换，将特征气体中不同部分含量转换成为电信号。c.数据采集与控制部分。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆主要完成对转换所得的电信号的采集与数据处理，实现分析过程的控制。ｄ．通讯部分。通讯部分实现与控制部分之间的通讯和远程维护。通讯网络需要满足监测数据传输要求的标准。e.辅助部分。辅助部分用以保证在线检测装置及其相关部件的正常工作。主要包括载气装置、恒温控制部分和管路等。
2 几种常用油气分离技术
2.1 平板薄膜脱气
变压器油中溶解气体在线监测用的高分子薄膜，一方面要接触油，另一方面要尽快透过待测气体，以便及时检测。因此要求高分子薄膜除了具有一定的机械强度外，还必须具有耐油、耐高温的特性。具备这些特性的高分子薄膜，可以是聚四氟乙烯(PIFE)、聚酸亚胺(P1)、聚四氛亚乙基全氟烷基乙烯基醚(PFA)、聚芳杂环膜等材料，不同材料决定了它们对不同气体渗透系数和分离系数不一样。根据亨利定律，当气体渗透达到一定时间后，达到气液两相平衡状态。通过检测气室中气体的浓度可换算到油中气体的浓度。
2.2 真空泵脱气法
脱气效率高，每次脱气都要抽取一定体积的油样，如果残油不完全排空容易对下一次采样形成污染。另外，真空泵随着使用时间的增长，脱气容器内的真空度可能发生变化，脱气效率降低，从而影响采样数据重复性。
2.3 载气洗脱法
它是由Galand等人提出并采用的。1974年IEC在关于气体分析的《导则》中推荐这种脱气方法，其原理是将油样注入容器后通入载气鼓泡使载气和油中气体进行多次交换与平衡，用载气置换油中气体。该方法优点是脱气率高，同时脱气和进样一次完成，重复性好，但此法对油形成污染，使油不能回收。
3 油中溶解气体在线监测系统应用
3.1 做好在线系统的维护工作
变压器油中溶解气体在线监测系统中的载气都是采用高纯空气钢瓶的形式。高纯空气钢瓶虽然可以保证气体的纯度，但钢瓶中的气体量有限，按照变压器中溶解气体在线监测系统1~2d的测试周期，1瓶高纯空气可以使用半年左右。钢瓶中的气体使用完了，需要人工更换钢瓶，此项人工维护成本不可小视。变压器油中溶解气体在线监测系统的主要作用是实时监控变压器的运行情况，防止突发性故障，按照目前1~2d的测试周期往往很难真正做到实时监控变。但若缩短测试周期又会造成载气消耗量过大，需要频繁更换载气钢瓶，显然也不合适。另外，大量载气钢瓶的购买和仓储成本也是一笔不小的开支。因此，若要缩短变压器油中溶解气体在线监测系统测试周期，采用载气钢瓶的形式显然不可行。
3.2 充分发挥其技术优势
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；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的在线智能化监测与诊断；从变压器可靠性运行的重要性来看，采用在线监测装置在技术经济上都有显著的优势，既提高了变电站运行的处理水平，又可为从预防性维修体系过渡到状态维修体系奠定基础。因此变压器油中溶解气体在线监测的研究具有重要的现实意义和实用价值。
通过对在线监测装置的结构、产生误差的原因所作的较为详细的论述和分析可见，开展油中溶解气体在线监测装置现场校验工作的重要意义。通过三种目较为广泛采用的校验技术的对比发现，标准油样校验法能够对整个装置的各个单元准确性做到全面的校验，具有较大的优越性。根据所需标准油样浓度的不同，目前可采取定量法和饱和法对不同浓度的标准油样进行配置，但这一方法目前尚存在较大的局限性，如制作成本、气体浓度高时的标准油样质量较差以等，均有待深入研究和解决。
参考文献：
[1] 赵笑笑,云玉新,陈伟根. 变压器油中溶解气体的在线监测技术评述[J]. 电力系统保护与控制,2009,23:187-191.
[2] 安晨光. 变压器油中溶解气体在线监测关键技术研究[D]. 中南大学,2008.
[3] 黄德祥. 变压器油中溶解气体在线监测及故障诊断系统研究[D]. 中南大学,2004.
论文作者:李超
论文发表刊物:《电力设备》2016年第23期
论文发表时间:2017/1/16
标签：在线论文; 气体论文; 脱气论文; 变压器论文; 监测系统论文; 色谱论文; 钢瓶论文; 《电力设备》2016年第23期论文;