有关变压器绝缘油色谱在线监测应用

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1、有关变压器绝缘油色谱在线监测应用　　摘要：文章阐述变压器绝缘油色谱在线监测装置的原理，对在线监测数据准确性、稳定性的影响因素进行了分析，提出了相应的解决措施；现场实际应用表明，在线数据与离线数据经多次反复对比，趋势一致，基本相符合。关键词：变压器；绝缘油；色谱；1前言近年来国内外都在相继研究变压器油色谱在线监测的方法和装置，现已先后推出在线监测多种气体的装置，并投入运行。通过对溶于变压器油中的特征气体成分及含量的分析作为充油变压器的故障分析的主要手段之一，也称变压器油色谱检测技术。常规油色谱法是一

2、种离线检测方法。这种方法整个作业程序复杂，费用较高，检测周期长，运行人员无法随时掌握变压器的运行状况。为提高变电站运行管理水平，2变压器绝缘油色谱在线监测系统的构成如图1所示。安装在变压器旁的油气分离单元将样气从变压器绝缘油中分离出来，样气被气体分离单元的定量装置采集，然后经过色谱柱分离出其中的多种特征气体，如CO、CO28、H2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6等，分离出来后并依次流过气体检测单元，气体检测单元将气体的含量转换成电压或电流信号，数据采集系统进行A/D转换，将电压或电流信号转换

3、成数字信号，输入计算机处理，算出各特征气体含量。然后根据目前电力系统中所采用的油色谱数据处理分析方法，对变压器油的绝缘状况进行在线诊断。2.1油气分离单元油气分离单元是将溶解于油中的变压器故障特征气体分离出来的重要环节，可以说在变压器油中溶解气体检测中产生误差的原因多半在于脱气阶段。为了实现变压器油中溶解气体在线监测，油气分离单元必须能在线、自动分离出油中多种溶解气体（6种或以上）。而且油气平衡时间需达到能监测到变压器突发故障、故障发展迅速等紧急情况的需要，一般为不大于2小时。另外，油气分离的关键

4、元件使用寿命应能满足在线监测产品正常使用，一般情况下应大于六年。目前国内常用的油气分离技术有真空泵脱气法、动态顶空脱气法、动态顶空平衡法、平板高分子透气膜法和中空纤维脱气法等几种方法。2.2真空泵脱气法即利用真空泵抽真空，将油中溶解气体抽出来，废油仍回到变压器中。利用真空泵抽真空的取气方法，要注意真空泵的磨损。随着使用的时间增长，真空泵的抽气效率降低，保证不了脱气容器内的真空度，以至油的脱气率降低，造成测试结果偏低。2.3动态顶空脱气法8动态顶空脱气法是用流动的气体将油样中的溶解气体“吹扫”出来，

5、进行连续的气相萃取，即多次取样，直到将油样中溶解气体组分完全萃取出来，然后通过一个吸附装置（捕集器）将样品浓缩，在一定的吹扫时间之后，待测组分全部或定量地进入捕集器，关闭吹扫气，由切换阀将捕集器接入色谱仪的载气气路，同时加热捕集管使捕集的样品组分解吸后随着载气进入色谱仪进行分析。该方法的优点是脱气时间快，一般能在15min内完成。但采用该方法的油样分析完后不能回收。2.4动态顶空平衡法又称机械振荡法，它是对动态顶空脱气法的进一步发展。采集油样到采样瓶后，在脱气过程中，采样瓶内的磁力搅拌子不停地旋转

6、，搅动油样脱气；析出的气体经过检测装置后返回采样瓶的油样中。在这个过程中，间隔测量气样的浓度，当前后测量的值一致时，认为脱气完毕。这种方法不仅脱气速度快，由于脱气过程中不需使用载气等吹扫气体，不会对油样造成污染，可以对油样回收利用。2.5平板高分子透气膜法这种方法可归类于高分子聚合物分离方法的一类，原理是利用某些合成材料薄膜（如聚酰亚胺、聚四氟乙烯、氟硅橡胶等）的透气性，让油中所溶解的气体经薄膜透析到气室里。当渗透时间相当长后，透析到气室的气体浓度C8将达到稳定，它与油中溶解气体的浓度C1之间的关

7、系如下式：C=（9.87KC1（C0）（[1-exp（-1.013×105（HAt/dV）]+C0式中C为气室中气体浓度；C1为油中气体浓度；C0为气室中气体起始浓度；K为气体平衡常数；H为膜渗透率；V为气室容积；A为膜面积；d为膜厚；t为渗透时间。这样，测出气室中的各气体浓度就可以换算出油中气体的含量。用于在线监测上的薄膜不仅要求能尽快透过待测的多种气体，还要耐油、耐一定程度的高温，如100～120℃，在运行中不发生蠕动变形和破损，使用寿命长。同时满足这些苛刻要求的膜并不多，目前的装置一般选用聚

8、四氟乙烯膜。这种方法的优点是脱气成本较低，且不会对变压器油产生污染和消耗小，但脱气效率较低，当需要检测多组分，即6种特征气体或以上时，油气平衡时间是一周以上，而变压器故障从发生到发展有时不到一天时间，不能及时发现故障。3中空纤维脱气法中空纤维脱气法亦是高分子聚合物分离方法的一类，是平板高分子透气膜法的升级版。它是由数千根中空纤维组成，每一根中空纤维都由高分子聚合薄膜制成。相比平板薄膜来说，中空纤维油气表面积大了成百上千倍，从而油气平衡时间也大大缩短，能达到28小时以内。这种方法的优