摘要：随着电力变压器现代维护技术的发展，产生了在线状态监测。它打破了以往收集电力变压器信息的局限性。目前，电力系统通过采用对电力变压器的在线监测，可以即时连续记录各种影响电力变压器寿命的相关数据，对这些数据的自动处理可及早发现故障隐患，实现基本的状态维护。现代科技进步使微电子技术、传感器技术和计算机技术广泛应用于电力系统高压设备的状态监测成为现实。因此，本文对变压器油中气体在线监测技术进行探讨。
关键词：变压器油；溶解气体；在线监测技术
1变压器在线监测的机理及基本方法
变压器在线监测，主要是通过对其油中气体加以检测来实现，较为常用的在线监测方法主要有气相色谱法、气敏传感器法、红外光谱法及光声光谱法等。现阶段，我国在油色谱应用上积累了较多的实践经验，油色谱技术也得到了长足发展，给变压器油中溶解气体色谱在线监测提供了技术保障，因此，变压器在线监测中技术成熟度最高，使用最为普遍的是气相色谱法。气相色谱法的主要检测原理是根据色谱柱中的气体组分的不同，借助载气作用，使气体组分产生交换及分离，然后将分离气体转换为电信号，最后对其加以采集处理，最终形成色谱出峰图。
2变压器油中溶解气体在线监测装置的作用
2.1运行状态监测
由于变压器油中溶解气体的离线色谱分析是在运行状态下取油样、实验分析，而在线监测也是在运行状态下取油样，并且直接对油中溶解气体进行分析。因此，严格来说，如果排除各种人为因素，两者的油中溶解气体检测数据的绝对值应当可比，随检测时间的变化趋势也应当一致，并且数据值应具有重复性和再现性。因此，变压器油中溶解气体在线监测的任务与离线色谱分析应具有一致性，即了解和掌握变压器的运行状态，结合在线监测项目（如局部放电等）和投运前后的状况，对变压器运行状态进行评估，判断其处于正常或非正常状态，对状态给予显示、存储，并对异常状态予以超值报警，以便运行人员及时给予处理，并为变压器的故障分析诊断提供信息和准备基础的数据。
2.2故障诊断
故障诊断的任务是根据状态监测获得的在线信息，专家系统结合被监测变压器自身的结构特性、参数及运行环境，考虑变压器的运行历史，即存储的运行记录、曾发生过的故障等，根据诊断判据对变压器已发生或可能发生的故障进行判断，确定故障的性质、类别、程度、原因、故障发生和发展的趋势甚至后果，提出控制故障继续发展和维修的对策。由于故障和征兆之间不是一一对应关系，即一种故障可能对应多种征兆，一种征兆可能对应着多种故障，除主要征兆外还存在一系列其它征兆。因此，一种油中溶解气体在线监测装置的功能是否齐全和优良，其故障诊断的方法也非常重要。
2.3对变压器状态维修的指导能力
虽然实践证明定期预防性检修制度对预防事故的发生起到很大的作用，但也可能出现过剩维修或不足维修的弊病。因此状态检修已成为各国追求的一种科学而合理的检修制度，但是状态维修在很大程度上要依赖于状态监测及故障智能诊断技术的实施和进一步发展。因此，只有变压器油中溶解气体在线监测装置监测的特征气体种类、组分含量的准确度、诊断方法的科学性、专家系统的可靠性以及整个装置的稳定性等均满足工程要求的条件，对变压器的状态维修才具有指导意义，同时价格合理，才能得到广泛采用。
3变压器油中气体在线监测技术分析
3.1电力变压器油中单组分气体在线监测技术
在线监测技术首先要求连续地（最好是实时地）在线监测电力变压器油中溶解气体，其监测指标最好达到或者超过实验室气相色谱值。其次，在线监测技术要求在线监测装置将检测结果通过网络实时传输至监测中心的故障诊断专家系统，由专家系统来综合判断变压器的实际状况，并给出相应对策。
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油中溶解气体在线监测技术发展很快，电力变压器油中溶解气体在线监测技术要注意测试对象、取气方法和所使用的检测器三个方面检测技术。根据不同的测试对象，选择不同的检测器，并配合使用不同的取气方法，可以组合成多种多样的油中溶解气体在线监测装置。该技术主要分为油中溶解单组分、多组分气体在线监测技术两大类别。
单组分气体在线监测技术最主要的特征是在线监测变压器油中如：H2、C2H2、微水等某一特征气体组分含量或以它为主的混合气体浓度，不进行气体组分分离而直接测量气体体积分数。
变压器油中溶解的H2在线监测技术是高分子气体渗透膜在变压器在线油气分离上的成功运用，加上商品化高灵敏度、高选择性气敏传感器的上市，为变压器油中气体在线监测产品化创造了有效的硬件条件。以监测油中H2为主的产品在国内外研究较早，目前在国内现场使用数量也最多。
3.2电力变压器油中多组分气体在线监测技术
现阶段国内外对变压器油中溶解的多组分气体的监测技术主要分为以下几大类：
3.2.1气相色谱法
该法是目前使用最广泛和最有效的气体分析法。它是通过色谱柱中的固定相对不同气体组分的亲和力不同，在载气推动下，经过充分的交换，不同组分得到了分离，经分离后的气体通过检测器转换成电信号，通过A/D样后，将流出物中各组分及其浓度的变化依次记录下来，即可得到色谱图。此法若用于在线监测，必须解决好自动油中脱气、在线气体分离和检测等问题。
3.2.2传感器阵列法
该法是采用多个气体敏感传感器组合在一起，形成阵列，因为不同传感器对不同的气体敏感的程度不同，而气体传感是复杂的交叉敏感，故结合模式识别技术如BP神经网络灰色理论等，形成气体辨识系统，建立各种气体组分浓度与传感器阵列响应的对比关系，消除交叉敏感的影响。其缺点在于，传感器漂移的积累误差对测量结果影响很大，并且标定过程极为复杂。因此使用该法进行变压器油中溶解气体的来精确定性和定量分析时，必须先解决好气体的测量灵敏度、准确度和数据重复性等问题。
3.2.3傅立叶变换红外光谱法
该法是利用光的干涉原理来测量置于迈克尔逊干涉光路中的待测溶解气体，首先要移动动镜，并由探测器得到强度不断变化的背景和样品的干涉波，其次再经傅立叶变换后得到红外光谱图，最后利用谱图分析方法对变压器油中多种溶解气体进行定性和定量分析。该法的优点在于不消耗载气、色谱柱等易耗品，不需复杂的气路控制回路，灵敏度较高。但也存在因红外区不能吸收H2，故该法不能检测H2的不足。
3.2.4光声光谱法（PAS）
该方法基于气体的光声效应，通过检测气体分子吸收电磁辐射（如：红外线）后所产生的压力波来检测油中气体浓度（该压力波温度与气体浓度呈一定比例关系）。
与其它光谱技术相比，该方法测量的是样品吸收光能的大小，反射、散射光等对测量干扰很小，从而提高了对低体积分数气体的测量准确度。另外其光声室容积较小（2~3mL），利于提高油气分离效率。
结束语：
高效益的在线监测能在长期运行中降低设备的事故率，实现状态检修，减少维护工作量，降低维修费用。油中溶解气体在线监测是一项很有发展前景的技术，对于监测装置，小型化、智能化、简单化以及高可靠性是其发展的方向，而将更加快速、准确的诊断方法应用其中，也是变压器在线监测与故障诊断技术的发展趋势。
参考文献：
[1]变压器油中溶解气体在线监测发展现状[J].李侯明.电气开关.2015（01）
[2]浅谈变压器油中溶解气体在线监测技术的应用[J].张维.科技与企业.2012（17）
论文作者:张琴琴,刘永娟
论文发表刊物:《电力设备》2019年第4期
论文发表时间:2019/7/5
标签：在线论文; 气体论文; 变压器论文; 技术论文; 色谱论文; 组分论文; 状态论文; 《电力设备》2019年第4期论文;