1 油色谱在线监测系统工作原理
变压器油色谱在线监测系统, 首先油样采集单元采集油气分离后的故障特性气体;通过载气把混合故障气体载入色谱柱, 色谱柱把故障特性气体分离;分离的气体依顺序进入气体传感器;气敏传感器按出峰顺序对故障特性气体, H2、CO、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO2等分别检测, 并转换成电信号;采集单元完成数据的转换和采集, 并对采集到的数据进行存储、计算和分析, 得到故障气体各组份及总烃含量, 并通过以太网传至数据处理服务器, 后台故障诊断专家系统对变压器油色谱数据进行综合分析诊断, 完成变压器故障的判定[3]。
2 变压器油色谱在线监测系统组成与功能
2.1 变压器油色谱在线监测系统组成
油色谱在线监测系统由色谱分析模块、通信模块、电源模块及后台监控工作站等组成, 如图1所示。绝缘油色谱分析模块:油气分离单元, 气体检测单元, 控制单元等。完成变压器绝缘油样采集、油气分离、自动取样、组份分离、组份检测等工作。载气装置把样本气体组分, 通过流动性气体载入色谱柱进行分离。油气分离单元采用色谱柱高效、快速分离出变压器油中的溶解气体;气体检测单元采用微桥式检测器, 流速稳定、体积小灵敏度高, 与实验室内色谱分析水平相近。通信模块:完成数据及控制指令的传输功能。
图1 油色谱在线监测系统组成
2.2 变压器油色谱在线监测系统功能
电力变压器油色谱在线监测系统功能如下。
完成变压器油色谱分析仪的数据采集。
报警功能, 超阈值范围报警。
故障诊断, 依据《GB/T 7252—2001变压器油中溶解气体分析与判断导则》, 完成故障诊断。
数据综合应用, 基于变压器基本信息及对应的变压器油色谱数据的数据库管理系统, 为变压器的状态分析积累数据[4], 应用功能的分析流程如图2所示。
3 变压器油色谱在线监测系统应用
3.1 基于油中溶解气体的变压器故障诊断方法
变压器不同故障会产生不同气体, 按照变压器油的气相色谱测定结果和产气的特征性及特征气体的量值等, 可以初步对变压器故障及其性质做出判断[5]。变压器油中溶解气体H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO和CO2 7种气体对于判断变压器的故障类型具有参考价值, 称为特征气体。其中, CH4、C2H6、C2H4、C2H2的总和称为总烃, H2和总烃的和称为氢烃。根据试验和工程经验的积累, 变压器故障类型与性质的判断规则分别如表1、2所示。从气体组分相对占比与绝对量值参考给出了参考判据。
表1 变压器故障类型分类
3.2 在线监测系统具体应用
2010年6月, 在某变电站#1主变安装了1套变压器油色谱在线监测系统, 运行至今, 发现了2次疑似故障, 经过离线油色谱试验对比分析, 确定了1次局部放电事故, 检修时做了处理, 避免了事故的发展与扩大, 起到了相应的作用。
表3是该变压器2011年5月, 正常运行的情况下, 一天24 h内油色谱采样数据。
表4是#1主变2012年9月16日, 一天24 h采集的数据, 从表中数据可以看出, 氢气含量达到了10.38μL/L, 且总烃数不高, CO和CO2变化不大;根据在线监测的数据出现的异常情况, 对该变压器进行了当天现场取样, 在试验室内进行油色谱分析试验。结果与在线监测的数据的值趋势是一致的, 结合在线与离线油色谱分析的结果, 可以判定该变压器存在局部放电故障, 但基本不涉及固体绝缘的局部放电, 因为CO和CO2的变化不明显。采取的维修策略是在进行滤油处理。处理后, 在线监测的数据恢复到正常状态。
表3 某110 k V变电站#1主变油色谱在线监测数据
表4 某110 k V变电站#1主变油色谱在线监测数据
4 结束语
电力变压器结构复杂, 故障原因、故障现象多样、故障机理模糊不确定, 导致绝缘故障诊断较为困难。本文通过变压器油色谱分析系统的在线监测数据的研判, 表明变压器油中溶解气体的组分和含量, 可以通过油色谱分析试验得到相应的值, 作为表现电气设备电气异常的特征量。对在线监测数据进行处理, 实现了图表分析和初步故障诊断等功能。结合离线试验方法, 给出变压器故障的正确诊断和维修策略。
变压器的故障诊断系统是一个复杂的系统, 不能依靠单一的特征参数来准确判定故障类型、部位、程度和趋势, 要从电、机械及化学等多视角、多参量, 来综合评价, 形成多判据共同指向某一故障特征, 才能更有效、准确地诊断变压器的各类故障。
参考文献
[1]关根志, 贺景亮.电气设备的绝缘在线监测与状态维修[J].中国电力, 2000, 33 (3) :46-50.
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[3]严璋.电气绝缘在线检测技术[M].北京水利电力出版社, 1996.
[4]陈化刚.电力设备预防性试验方法及诊断技术[M].北京:中国科学技术出版社, 2002.
[5]阳少军, 消登明.变压器色谱在线监测的新型传感器[J].高电压技术, 2002, 28 (1) :30-31.