电力变压器油色谱在线监测装置的应用及装置故障分析

梁华

（广东电网有限责任公司茂名供电局，广东茂名，525000）

0 引言

变压器的安全运行对电力系统有着重要的意义，必须最大限度地防止和减少变压器故障和事故的发生。但是变压器投入运行后，就有可能出现故障和事故，绝缘油中溶解气体的气相色谱法于1961年，由Pugh（普格）、Wagner（瓦格纳）提出，通过分析油中溶解气体通常主要是氢气、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、一氧化碳和二氧化碳7个组分，便能敏感精确分析诊断变压器内部可能存在的过热或放电性故障，及时处理，避免重大故障的发生。我国在70年代初开始研究和应用这一技术，经过这些年的发展，油色谱在线监测装置产品的成熟和质量的提升，为电力变压器的安全运行提供了很好的安全运行的技术支撑。

1 装置组成

如图1所示：变压器油色谱在线监测装置由载气模块、脱气模块、色谱模块、电气控制模块、智能监测单元组成，其中载气模块包括：压缩载气；脱气模块包括： 油样采集单元、油气分离单元；色谱模块包括：气体进样单元、气体分离单元、气体检测单元；IED 包括： 控制处理单元、数据采集单元、通讯控制单元；辅助设备包括变压器接口、油管及通讯电缆等。变压器油色谱在线监测装置装置按预设的周期连续在线检测出变压器油中溶解的H2、CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6等特征气体的含量。并通过专家系统判断是否存在潜伏性故障及故障类型，并按设定的报警值进行报警，可以采用无线和有线两种通信方式，实现了数据传输、远程监视、测量功能，及时把测量数据上传主站。

图1 变压器油色谱在线监测装置模块构成图

2 检测性能指标范围

2.1 工作原理

变压器油色谱在线监测装置经过本体油压自动获取油样，经油气分离单元得到特征气体进入六通阀的定量管，在载气作用下流过色谱柱实现各组分逐个分离，气体检测单元按出峰顺序分别将七种 组分气体变换成电压信号。监测智能单元完成电压信号采集、检测流程控制、谱图算法分析、数据处理、 故障诊断评估、通信管理等功能；其中数据处理根据离线色谱仪器的标定数据进行定量分析，计算出各组分、总烃的含量及各自的增长率，再由故障诊断模块进行诊断，从而实现变压器故障的在线监测。具体工作流程如图2所示：

图2 变压器油色谱在线监测装置工作原理图

表1 变压器油色谱在线监测装置检测性能指标表

2.2 油色谱在线监测装置应用情况

分析7种气体组分分析有以下主要目的：O2：了解脱气程度和密封好坏N2：严重过热时有明显减少了解氮气饱和程度H2：了解热源温度或有无局部放电或受潮。

C2H6，C2H4：了解热源温度C2H2：了解有无放电或高温热源,CO：了解固体绝缘有无热分解CO2：了解固体绝缘老化或平均温度是否高，通过观察以上气体的变化趋势，变化值，分析主变运行情况。

如表2所示：某台变压器的在线监测的持续监测数据表明，油中溶解气体中CO、CO2稳定，没有突变的变化值，判断为自然老化，总烃较小，没有超过标准要求的150μL/L，判断为无放电及高温热源， H2超过标准要求的150μL/L，而且持续增大，对比了电气试验、常规油化验的及油枕的色谱分析数据，排除了主变本体局部放电、油枕波纹管析氢气、主变本体受潮等原因，经综合分析判断，为这台变压器内的元器件材料持续释放析出氢气造成的，属于一种油中溶解气体异常的情况，这让我们对这变压器的健康状态有了充分的预警，运行部门就能通过持续的监测对这台变压器的状况进行了解，同时制定相应的运行策略，为变压器的安全运行提供了坚实的技术保障。

表2 某台变压器油色谱在线监测装置氢气偏大测量数据

3 油色谱在线监测装置常见故障类型

3.1 载气欠压

装置在载气吹扫的作用下，会测量出油品的脱出气体中7组分的峰值，如果载气压力不足，色谱柱中没有足够的载气吹扫，个别组分的测量分会测量不出来，同时把其他测量组分误判，该组分分浓度显示会偏高，再持续监测，过一两个监测周期，装置就离线了，这种情况判断为载气欠压，异常测量数据如表3所示。

表3 某台变压器油色谱在线监测装置异常测量数据

3.2 选择装置气源要求的干燥空气纯度不达标

一般需采用99.999%所对应的高纯空气作为载气，如采用99.9%纯度的高纯空Um.气使用，因纯度不够，杂质比较多，色谱柱吹扫不够干净，装置的基线就会漂移，导致测量值会偏大或偏小。

3.3 脱气泵故障，测量流程没有完成

装置启动测量流程时，观察脱气泵压力有没有达到设计的压力值，如没有达到设定压力值，脱气泵气压不正常，再确认本体进油电磁阀门是否常开，脱气流程时脱气泵是否有电？如输入电压DC12V是正常的，脱气泵不工作这就确定为泵故障需要更换。

3.4 装置排油异常，测量流程停止

装置启动测量流程时，在规定时间内油样未能从装置本体排出，此时需排查装置的双极排油泵有没启动，这时测量双极排油泵有输入电压时，双极排油泵如无法正常启动，可以判断双极排油泵需要更换。

3.5 储油罐压力异常，测量流程停止

装置启动测量流程后，装置进油，油罐压力显示不正常，明显高于设计的压力值，装置被闭锁无法测量，此时关闭装置电源，拆掉连接油路，排掉残余的变压器油，重新进油进行测试，如果储油罐压力仍然偏高，可以判断油罐压力传感器故障需要更换。

3.6 装置离线，数据无法上传主站

现场装置检查，如果判断装置测量流程没有问题，数据无法上传主站，需排查通讯模块是否工作正常，排查通讯模块电源是否正常；如采用无线电话卡上传主站方式的，需检查通信电话卡是否欠费，发射天线是否断线；有线方式传输的检查通信光纤是否有断纤现象，路由器交换机是否已经死机需要重启。

变压器油色谱在线监测装置是智能电网在变电站的具体表现，它集成了变压器色谱报警信息采集、测量、监测、诊断等功能，实时反映变压器运行状态，为变电站运行监控与维护管理提供可靠、智能的服务，同时为电力系统的监视和控制、运行及维护管理提供基础数据支撑，为电力设备健康运行提供了较好的保障。