赵晓锋

[摘 要]隨着我国现代化建设进程的不断加快，电力逐渐成为国民经济发展的命脉，人们对供电量的需求不断增大，因此，智能电网也逐年发展。这一智能化发展也促进了变电站领域的不断发展。变压器油色谱在线监测系统便是这一发展趋势下发展起来的。它集控制、测量分析技术于一体，对变压器等油浸电力设备进行在线监测，及时准确在线检测出绝缘油中溶解的各种故障特征气体浓度及变化趋势，从而分析出其运行状况及可能存在的问题，实现实时智能化监测。本文将主要探讨这一技术的发展背景、技术原理及发展趋势等。

[关键词]变压器油色谱 油气分离 混合气体分离 气体检测

中图分类号：TM855 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）03-0078-01

引言：随着智能电网的不断发展，促进了智能变电站行业的迅速发展。变压器是重要的电力设备之一，它在整个电网中承担着电压变化和传输的重要任务，与用户的供电息息相关。若这一环节出现故障及不能及时发现，便会导致供电量、供电质量的下降，影响用户的正常使用，甚至导致供电系统的瘫痪，影响正常的国民经济社会生活。因此，对变压器的实时在线监测至关重要。变压器油色谱在线监测系统的研究是近年来在变压器故障分析领域的一大重要方法，它可以通过分析油中溶解气体的组分、含量以及各气体的比值等变化进而判断变压器绝缘老化或出现故障的程度，从而实现对变压器的实时监测，防止故障的发生，为电力系统的可靠、高效、稳定运行提供保障。

一、油色谱在线监测技术的研究现状

油色谱在线监测技术已经经过了几十年的发展，从最初的简单气体监测分析到现在的多种气体监测分析，国内外许多公司不断研究推出了多种在线监测装置，这些监测装置被陆续应用并不断改进，发展至今已经具备了一定的先进技术和方法，并且还会不断发展下去。目前油色谱在线监测用到的集中主要技术有油气分离技术、混合气体分离技术及气体检测技术等。

油气分离技术即指将变压器油中的气体从油中分离出来。变压器油中溶解气体测量误差的大小将严重影响故障诊断的准确率，因此脱气阶段的成功与否关系着整个故障诊断的准确程度。常用的脱气方法有机械震荡法、真空脱气法等，近年来新兴的薄膜脱气法受到广泛应用。

混合气体分离技术即指将油气分离阶段分离出来的混合气体进行区分，然后测量、分析。这些混合气体主要有一氧化碳、二氧化碳、氢气、氮气、甲烷、乙烷、乙炔等。

气体检测技术是指将混合气体分离技术分离出的各气体放入气体监测模块，然后通过特定的传感器等将气体的含量、浓度等转化为与其相对应的输出信号，再将这些信号进行记录，绘出色谱图，从而实现对气体浓度、含量的可视化分析。

二、变压器油色谱在线监测系统的工作流程

变压器油色谱在线监测的基本流程是：变压器油从放油阀流出后，通过油气分离技术将其中的气体单独分离出来，再通过混合气体分离技术将分离出来的混合气体分离成单独组分的气体，随后各单独组分气体进入气体传感单元，通过一定传感器等的作用输出响应浓度及含量的可是信号，这些信号在经过一定的转换，在存储控制模块作用下由通讯模块将数据上传至主控计算机，从而实现人机交互、专家诊断、数据处理、故障诊断、数据存储及历史数据查询等，实现变压器相关代表数据的实时在线监测，从而实现变压器的运行状况监测以及故障诊断。具体的工作原理图如图1所示：

三、变压器油色谱在线监测技术的诊断原理

在变压器运行过程中，由于局部或大面积过热、电晕或电火花以及绝缘老化等原因，会产生分解出一氧化碳、二氧化碳、氢气、氮气、甲烷、乙烷、乙炔等气体，变压器油色谱在线监测系统便会将监测到的这些气体的成分、浓度、含量等数据实时上传至计算机控制终端，工作人员便可通过分析、处理数据来对是否发生故障、哪部分发生故障做出判断。具体的故障诊断方法主要有以油中特征气体组分含量为特征的诊断和以油中特征气体组分比值为特征的诊断。

3.1 以油中特征气体组分含量为特征的诊断

在正常情况下，变压器在长期不断地运行状况下会发生老化和分解，产生少量的低分子烃类，有纤维材料时还会产生一氧化碳和二氧化碳等气体。当变压器运行过程中局部过热或放电时，又会产生一些其他气体。总之，发生不同的故障会产生不同的气体，发生故障的程度的不同产生的气体的量又会不同，所以根据油中气体组分含量可以判断故障的种类以及严重程度。

变压器内故障主要有机械故障、热故障和电故障。根据大量的模拟实验和显示故障分析得出，电弧放出的电流量大时，变压器油中主要分解出乙烷、氢气和少量的甲烷，当电弧放出的电流量小时，变压器油中主要分解出氢气和甲烷。当变压器油局部过热时会分解出氢气、甲烷等，某些绝缘材料过热时还会分解出一氧化碳和二氧化碳。因此，可根据变压器油色谱在线监测系统的诊断监测结果，总结出特征气体与变压器异常情况的关系，从而将实时监测到的数据分析结果与特征气体的数据含量对应的故障类型进行比对，从而判断出故障的类型及严重程度。

3.2 以油中特征气体组分比值为特征的诊断

实践证明，变压器的故障诊断不能仅限于变压器油中特征气体组分含量的判断，各气体的比值变化也会代表某些故障的发生情况。目前，常用的各气体比值判断方法有道奈堡比值法、IEC三比值法、改良三比值法等，用到的特征气体主要有一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷、乙烷、乙烯等七种气体。通过监测到的不同气体的比值，再通过一定的比值算法，可以将得到的数据与对应的故障相匹配，从而判断出故障的种类与性质。

四、变压器油色谱在线监测技术的发展趋势

为更好地适应现代社会对供电发展的要求，变压器油色谱在线监测技术也必将会在现有的发展基础上进一步研究和发展，一些新型的检测原理和方法将不断出现，使得这一技术朝着更加多元、更加智能化的方向发展。目前，从国内外对这一技术的研究和发展趋势来看，未来的变压器油色谱在线监测技术发展趋势有：实现多种气体在线监测、故障诊断方法更加智能化、更加科学的化学测试法和大数据库比较法等。变电检修经历了从计划检修到状态检修的发展，变压器油色谱在线监测作为状态检修的一种，从发展之初的广泛应用到现阶段的不断发展，未来也很值得我们的期待。

结语：变压器油色谱在线监测技术是随着智能化电网的发展以及状态检修技术的发展而发展起来的，它的发展从简单到精确，为变压器的高效稳定运行做出了巨大贡献。并伴随着科学技术的不断发展和人们对这一技术的不断研究与改进，未来这有技术必将更好地服务于变电工作人员，提高其工作效率，同时实现供电公司的高效、经济运行，实现人们更加便捷、稳定的用电，从而促进人们社会经济的发展。

参考文献

[1] 严璋.电气绝缘在线检测技术[M].北京：水利电力出版社.1995.