摘要：在现代电气设备的运行和维护中，变压器是电力系统的主要设备之一，其中油浸式变压器因结构复杂，影响安全运行的因素较多。油浸式变压器绝缘油色谱在线监测系统，作为在线监测主变压器绝缘油运行状态的一种重要的监测系统，在近几年得到大面积的推广应用。随着该技术的日益进步，该系统从最初的单组份（氢气）监测逐步发展为多组份、全组份同步检测，系统的技术集成程度进一步提高，使之成为变压器状态监测最有效的手段之一。本论文通过对变压器绝缘油色谱在线监测系统在广州地铁的应用，对该系统的以下几个方面进行研究：（1）变压器绝缘油色谱在线监测系统的工作原理、构成；（2）变压器绝缘油色谱在线监测系统的应用流程；（3）变压器绝缘油色谱在线监测系统存在问题。介绍了在线油色谱装置对比离线检测试验的优势，在线监测及诊断技术在电力系统将有更好的运用前景。
关键词：广州地铁；变压器；在线监测装置；油色谱
1背景
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，过往技术人员一直采用实验室绝缘油色谱分析离线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以较好地解决上述问题。
2 在线监测系统的原理
2.1 在线监测系统的构成
变压器油色谱在线监测系统是指在不影响变压器运行的条件下，对其安全运行状况进行连续或定时自动监测的系统。变压器绝缘油色谱在线监测系统主要分为单组分、多组分气体在线监测两大类，目前使用较多的是多组分气体在线监测。多组分气体在线监测的气体与实验室绝缘油色谱分析的特征气体基本一致，主要包括氢气H2、甲烷CH4、乙烷C2H6、乙烯C2H4、乙炔C2H2、一氧化碳CO、二氧化碳CO27 种气体。变压器绝缘油色谱在线监测系统主要包括油样采集、油气分离、色谱分离、气体检测、数据采集、现场控制与处理等单元，以及通信控制、主站单元、监控软件、辅助单元等。其中油气分离、色谱分离和气体检测是整个系统最重要的单元。
2.2 油气分离单元
油气分离单元的功能是将溶解于油中的特征气体分离出来，变压器绝缘油色谱在线监测系统油气分离方法采用机械震荡式分离法（溶解平衡法）。在恒温状态下，将油气分离装置抽为真空，然后将油样导入装置，从油中析出气体在气泵的推动下对油样进行鼓泡（相当于搅拌），使油中溶解气体进一步分离，达到溶解平衡状态。这与实验室油色谱试验的脱气方法相一致，增加了实验室分析与在线监测油色谱数据的可比性。
2.3 色谱分离单元
色谱分离技术又称层析分离技术或色层分离技术，是一种分离复杂混合物中各个组分的有效方法。变压器绝缘油色谱在线监测系统色谱分离单元的组成部分是色谱柱。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，即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分离。
2.4 气体检测单元
气体检测单元的功能是将脱出的油中溶解气体经过色谱柱分离之后，依次经过检测器，则可以得到各种气体的含量。光谱型半导体气敏检测器的检测原理是吸附在半导体气敏元件表面的O2生成电子捕获态（O-），表面捕获的电荷使半导体的能带发生弯曲，耗尽了表面的移动载流子，因而电阻增加。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当可燃气体（烃类气体、CO等）依次经过检测器时，以不可逆的方式与吸附态的氧（O-、O2-）反应，释放电子，从而减小了电阻。数据处理单元根据电阻值的变化，结合仪器的标定值进行数据处理，计算出各组分和总烃的含量。
3 应用情况
广州地铁向西变电站1号、2号主变压器均安装了一套TOTUS变压器监测系统，该系统全自动运行，能以高达每小时一个样本的频率进行测试，无需日常维护或校准。除了DGA（油中溶解气体）以外，该系统还能监测其它关键数据，比如冷却系统状态、变压器负载和变压器温度。以满足一切变压器监测应用，数据采集信号经通迅电缆传送至PSCADA，在PSCADA计算出结果并保存。
变压器色谱在线监测系统通过两根不锈钢油管与变压器侧部进出油法兰连接，通过内部油泵将变压器绝缘油循环至内部油室，油气分离装置淬取油中气体后，在内置微型气泵的作用下，进入电磁通阀的定量管，定量管中的故障特征气体在载气作用下流过色谱柱，然后，气体检测器按气体出峰循序分别将七组分气体（H2，CO，CO2，CH4，C2H2，C2H6，C2H4）变换成电压信号。色谱数据采集器将采集到的电压信号通过RS485上传给数据处理器，数据处理器根据仪器的标定数据进行定量分析，计算出各组分和总烃的含量以及各自的增长率，再由故障诊断专家系统对变压器故障进行诊断，从而实现变压器故障的在线监测。
离线油化试验结果表明该主变处于正常状态。应取更多的离线和在线监测数据进行对比，将变压器在无故障的正常运行情况下，取多组油样检测，将自动和人工所测得的数据绘制时间与气体座标的曲线图进行比较，即在变压器无故障时离线和在线监测数据进行比对，这样对在线监测判断的准确性将会提供更有力的依据。
4 存在问题探讨
4.1 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，还可以考虑与离线色谱实验室一样使用能连续产生高纯氮气的高纯氮气发生器。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。如果能研发一种对环境要求相对较低，不需要经常维护的高纯氮气发生器，就可以解决载气源的问题。
4.2 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。
5 结语
现阶段在线监测装置还只是作为一种辅助检测装置，暂时不能取代人工定期取样化验分析。随着电力工业的不断发展，在线监测及诊断技术在电力系统将有更好的运用前景，通过使用、总结、提高后，可推广应用于SF6微水在线监测，温度、湿度的在线监测，局部放电的在线监测等，逐步取代离线人工监测，为电力系统实现以在线监测为基础的状态检修打下良好的基础。
论文作者:黄加良
论文发表刊物:《基层建设》2019年第25期
论文发表时间:2019/12/4
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