摘要：随着智能化变电站发展，油色谱在线监测装置在电力系统中得到了越来越广泛的应用。如何对油色谱在线监测装置进行维护以延长其正常使用寿命，是电力行业部门关注的一个新问题。抛去装置的硬件设计及加工工艺，油色谱在线监测装置的寿命主要与色谱柱，检测器以及消耗性载气的使用寿命有关。本文分析了变压器油色谱在线监测内容。
关键词：变压器；油色谱；在线监测；
变压器绝缘油中的特征气体组分含量与变压器内部故障的严重程度关系密切， 技术人员一直采用实验室油色谱分析监控变压器的健康状况，但是该方法存在人为误差、试验周期较长、费用相对较高、无法发现突发性设备故障、无法实时监控设备故障发展趋势等缺点， 而变压器油色谱在线监测系统可解决上述问题。
一、现状
1.载气管理。变压器油色谱在线监测系统所使用的载气多为高纯氮气， 一般使用高纯氮气瓶作为载气源。钢瓶中的氮气量是有限的，使用一段时间之后就会发生高纯氮气用完或欠压无法进行检测的情况，虽然有载气压力指示， 但是等载气压力指示欠压再联系厂家更换气瓶需要较长时间，在线监测系统监测功能的连续性就无法保证。变压器油色谱在线监测系统每次检测所消耗的高纯氮气量基本相同（排除漏气的情况），而高纯氮气瓶所含气量也是一定的，可以通过简单计算估计一瓶高纯氮气可以使用的时间， 准确记录气瓶更换时间，在高纯氮气用完之前提前1~2 周更换气瓶，从而保证系统连续稳定运行。在变电所场地允许的情况下，可以考虑采用大容量的高纯氮气瓶，以减少气瓶的更换次数。此外，实验室使用的高纯氮气发生器对使用环境要求较高，经常需要维护，不太适合变电所现场使用。
2.仪器标定。在线与离线色谱仪都需要定期标定，常采用外标法，通过注入一定量已知各组分含量的标准气，通过各组分的保留时间定性、图谱中各组分峰面积定量的标定方法。离线色谱仪每次开机都需要标定，如果长时间不标定会影响检测数据的准确性，尤其在更换载气瓶之后必须标定，否则数据偏差会相当大。为了解决仪器标定的问题，可以考虑在变压器油色谱在线监测系统中增加仪器自动标定的功能模块，并外挂标准气瓶，按事先设定好的周期自动标定。
二、油色谱在线监测装置原理和结构
1.油色谱在线监测装置的原理。油色谱在线监测系统的两个关键技术是油气分离和气体含量检测。油色谱在线监测通过脱气法将绝缘油中溶解的特征气体分离出来，经过色谱柱后，分离出各个单组分气体，再进入到气敏检测单元。检测单元的作用是将被色谱柱分离的组分按其物理、化学性质转化为易测量的电信号，目前最常用的是氢火焰离子化检测器和热导池检测器两种。传感器输出代表各组分气体浓度的电信号，经A/D 转换后输入终端计算机，终端计算机将数据传送至主控计算机，并显示在上位机软件上。
2.油色谱在线监测装置结构。一是油气分离模块。油气分离模块是将油中溶解的气体通过化学物理方法从油溶剂中分离出来，而不完全分离将直接导致后续组分分离和检测结果不准确。目前，油气分离方法主要是：顶空法、真空法、薄膜渗透法等。二是数据处理及状态诊断模块。数据处理及状态诊断模块是由后台数据采集处理、后台数据传输和状态诊断所组成。利用各组分浓度、各组分产气速率和各组分物质的量比值，结合三比值法及特征气体法等方法对被监测设备进行状态诊断。
三、实例分析
1.现状。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆自某电力1 号主变2012 年12 月投运开始，变压器油色谱在线监测装置即在1 号主变C 相投入运行。根据变压器油取样离线送检情况，在相同时间、相同环境下对在线监测装置进行采样，通过对比分析2013 年2、3、4 月份的数据情况，发现在线监测装置所采集到的气体含量与试验院取样离线送检采集到的数据比较均偏小，数值偏差基本都在70% 以上。对于在线监测装置内部元件问题，电力技术人员在现场用在线监测装置调试系统逐一测试了装置内部气泵、色谱柱等主要元器件，检查结果均正常，同时，检查了各管路、阀门未见漏气。于是，通过调试系统现场手动启动采样，查看采样过程中程序运行情况，发现在抽真空脱气的过程中，每次油气分离装置内的真空度都会抽至-100kPa 以上，而在装置出厂调试时，在线监测装置的程序设置中油气分离装置内的真空度控制值为-80kPa，即当压力传感器检测到油气分离装置内压力为-80kPa 时，控制真空泵停止抽真空，即可满足气泵抽气量要求。于是，经过深入分析发现，试装的变压器油色谱在线监测装置使用的是差压传感器，即根据相对压力判断油气分离装置内的真空度，以控制真空泵的启停。在脱气过程中就要在油气分离装置内的实际真空度大于-80kPa 时差压传感器才会检测到-80kPa, 以控制真空泵停止抽真空。因此，造成油气分离装置内实际真空度偏大，导致气体鼓泡不足，气泵抽取采样气体就会变困难，抽取的气量就变少，气体量达不到色谱柱分析需求量，即导致采集分析出的数据普遍偏小。
2.变压器油色谱在线监测装置应用优化。由于在线监测装置的油气分离系统为集成系统，若要更换差压传感器为绝压传感器，现场不具备施工条件，需要整体返厂处理。于是技术人员将此情况与厂家技术人员进行了沟通，厂家技术人员根据此情况在实验室进行模拟试验。同时，电力技术人员在现场通过更改程序内油气分离装置真空度控制值进行多次测试，最后与实验室模拟实验得出一致结论，在电力所处地区的大气压力下，油气分离装置内的真空度控制值设定为-65kPa 时，抽真空后油气分离装置内鼓泡量可以满足气泵抽气量要求。于是，电力技术人员对在线监测装置的程序进行了修改，设置在线监测装置中油气分离装置内真空度的控制值为-65kPa，并重新下装程序。以使真空脱气时油气分离装置内真空度满足气泵抽气量的要求，确保在线监测装置数据分析更加准确。
3.应用效果。变压器油色谱在线监测装置抽真空程序修改后，连续观察对比了六个月的数据分析情况，发现在线监测装置采集分析的数据明显变好，与试验院离线送检分析数据相比，对变压器设备故障判断较重要的氢气（H2）、乙炔（C2H2）、总烃采集分析值都满足了偏差小于30% 的国标要求，其他数据如甲烷（CH4）、一氧化碳（CO）偏差也小于30%，未满足偏差小于30% 的气体采集分析值其趋势变化也较明显。与同类电力所运行的变压器油色谱在线监测装置相比，其采集分析数值与离线送检标准数据的偏差均优于同类型电力运行的装置。结合运行观察发现，变压器油色谱在线监测装置技术优化之后，采集数据偏差基本可以满足变压器油运行状态监视需求，可以依托在线监测装置的实时监测数据判断变压器的运行工况，实现变压器油在线监测。电力技术人员可以根据在线监测装置实时采集数据的变化及装置报警情况对变压器油进行取样分析检查，实现变压器油定期取样送检到根据需要取样送检的转变，极大的减轻了生产人员的工作量，提高了工作效率。
变压器油色谱在线监测系统的使用， 不仅在保证变压器安全稳定运行上发挥了重要的作用，而且节省了频繁取样的成本， 降低了人员的劳动强度。如果能妥善解决变压器油色谱在线监测系统在日常维护中存在一些问题， 就可以为变压器状态检修提供更为准确的判据， 其应用前景值得期待。
参考文献：
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［2］李维鹏． 变压器色谱在线监测系统及应用［A］． 全国火电大机组（600MW 级）竞赛第十二届年会论文集［C］． 2014.
［3］周锡忠． 变压器绝缘油色谱在线监测系统浅析［J］. 浙江电力，2015（2）．
论文作者:宁学锋,李兆飞
论文发表刊物:《电力设备》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/18
标签：在线论文; 色谱论文; 装置论文; 变压器论文; 油气论文; 氮气论文; 数据论文; 《电力设备》2017年第8期论文;