變壓器油中溶解氣體的在線監(jiān)測技術(shù)的綜述

1、變壓器油中溶解氣體的在線監(jiān)測技術(shù)的綜述石家莊電力機(jī)務(wù)段李薇摘要：介紹了變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用與研究現(xiàn)狀，分析比 較了現(xiàn)有的油中溶解氣體在線監(jiān)測技術(shù)。關(guān)鍵字：變壓器；油中溶解氣休；在線監(jiān)測引言電力機(jī)車變壓器是電力系統(tǒng) 的樞紐設(shè)備，其運(yùn)行狀態(tài)直接影響到整個(gè)電力系統(tǒng)的安全。因?yàn)樽儔浩饔椭腥芙?氣體的分析不受外界影響，并且能在不停電的情況下進(jìn)行，已經(jīng)成為電力系統(tǒng)中 對油浸式變壓器早期故障診斷的有效監(jiān)測方法。早期采用的離線色譜檢測技術(shù)， 由于檢測程序復(fù)雜、周期長，難以反映設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)。隨著在線監(jiān)測技術(shù)的發(fā) 展，減少和避免了非計(jì)劃斷電和災(zāi)難性事故的發(fā)牛，為設(shè)備檢修提供科學(xué)依據(jù)。木文簡要介紹

2、了變壓器油中溶解氣體的產(chǎn)牛機(jī)理，重點(diǎn)對溶解氣體在線監(jiān)測 技術(shù)的方法進(jìn)行了綜述。1. 變壓器油中的溶解氣體1.1產(chǎn)生機(jī)理變壓器油中溶解的氣體主要來自大 氣，主要成分為氮?dú)夂脱鯕?；變壓器在正常運(yùn)行條件下，都會受電場、溫度、濕 度以及氧氣的長時(shí)間作用發(fā)牛速度緩慢的老化，其內(nèi)部的絕緣材料會因熱分解產(chǎn) 牛氫氣(h2)、一氧化碳(co)、二氧化碳(c02)和炷類氣體；當(dāng)變壓器內(nèi)部存 在過熱或放電故障時(shí)，絕緣介質(zhì)會發(fā)生熱裂解，主要產(chǎn)生一氧化碳、二氧化碳和 低分子炷類物質(zhì)；此外，在變壓器油的精制過程、運(yùn)輸過程等都會產(chǎn)生氣休，并 通過與油接觸而溶解于油中。1.2溶解氣體與變壓器內(nèi)部故障的關(guān)系變壓器油和固體絕緣材

3、料在熱和電 磁的作用下，將產(chǎn)生各種氣體，這些氣體要溶解于油中，對中各種氣體進(jìn)行分析， 就可判斷變壓器故障。如：1.2.1熱性故障當(dāng)固體材料局部過熱時(shí)，就會產(chǎn)生co 和c02,且co/co2>10,當(dāng)變壓器油局部過熱時(shí)會產(chǎn)牛大量的乙烯和甲烷。1.2.2電性故障繞組匝間、層間出現(xiàn)的絕緣擊穿，電弧放電、火花放電和局 部放電2, 3主要產(chǎn)生：氫氣(h2),乙烘(c2h2),其次是乙烯(c2h4)和甲烷(ch4)o2. 變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測的方法變壓器油中溶解氣體的在線監(jiān)測技 術(shù)主要分為油氣分離和氣體在線檢測，前者常用的方法有薄膜透氣法和抽真空取 氣法；后者又分為單組分氣體在線監(jiān)測和

4、多組分氣體在線監(jiān)測。2.1油氣分離技術(shù)(1)薄膜透氣法該法基于氣體的擴(kuò)散原理：使用吋只能 滲透氣體分子而不能滲透油的高分子膜，利用膜兩側(cè)(變壓器油和氣室)氣體壓 力的不平衡性，使氣體自動(dòng)從油中向氣室擴(kuò)散，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)油氣分離?？捎糜谟蜌?分離的滲透膜主要是高分子聚合物分離膜，有聚酰亞胺，聚六氟乙烯和聚四氟乙 烯等。大量測試結(jié)果表明，聚四氟乙烯的透氣性好，又有良好的機(jī)械性能和耐油, 耐高溫等諸多優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)被普遍作為油中溶解氣體在線檢測儀上的透氣膜。(2) 抽真空取氣法 現(xiàn)有的用于變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置中的抽真 空取氣法有兩種方式：波紋管法和真空泵脫氣法。前者利用小型電機(jī)帶動(dòng)波紋管 反復(fù)壓縮!多

5、次抽真空，將油中溶解氣體抽岀來，其缺點(diǎn)是積存在波紋管空隙里 的殘油很難完全排除，污染下一次檢測吋的的會油樣。2.2氣體的在線檢測2.2.1單組分的在線監(jiān)測技術(shù)單組分氣體在線監(jiān)測主要 檢測氫氣和微水等某一特征氣體或總的可燃?xì)怏w含量。由于單組氣體在線監(jiān)測可 提供的氣體組分信息有限！它只適合在現(xiàn)場做初步的故障分析。2.2.2多組分的在線監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)階段國內(nèi)外對變壓器油中溶解的多組分氣體 的監(jiān)測技術(shù)主要分為以下幾大類：(1)氣相色譜法該法是目前使用最廣泛和最有 效的氣體分析法。它是通過色譜柱中的固定相對不同氣體組分的親和力不同，在 載氣推動(dòng)下，經(jīng)過充分的交換，不同組分得到了分離，經(jīng)分離后的氣體通過檢測

6、器轉(zhuǎn)換成電信號，通過a/d釆樣后，將流出物中各組分及其濃度的變化依次記 錄下來，即可得到色譜圖。此法若用于在線監(jiān)測，必須解決好自動(dòng)油中脫氣、在 線氣體分離和檢測等問題。(2)傳感器陣列法該法是采用多個(gè)氣體敏感傳感器組合在一起，形成陣列， 因?yàn)椴煌瑐鞲衅鲗Σ煌臍怏w敏感的程度不同，而氣體傳感是復(fù)雜的交叉敏感， 故結(jié)合模式識別技術(shù)如bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)灰色理論等，形成氣體辨識系統(tǒng)，建立各種 氣體組分濃度與傳感器陣列響應(yīng)的對比關(guān)系，消除交叉敏感的影響。其缺點(diǎn)在于， 傳感器漂移的積累誤差對測量結(jié)果影響很大，并且標(biāo)定過程極為復(fù)雜。因此使用 該法進(jìn)行變壓器油中溶解氣體的來精確定性和定量分析時(shí)，必 須先解決好氣體

7、的測量靈敏度、準(zhǔn)確度和數(shù)據(jù)重復(fù)性等問題。(3) 傅立葉變換紅外光譜法該法是利用光的干涉原理來測量置于邁克爾遜 干涉光路中的待測溶解氣體，首先要移動(dòng)動(dòng)鏡，并由探測器得到強(qiáng)度不斷變化的 背景和樣品的干涉波，其次再經(jīng)傅立葉變換后得到紅外光譜圖，最后利用譜圖分 析方法對變壓器油中多種溶解氣體進(jìn)行定性和定量分析。該法的優(yōu)點(diǎn)在于不消耗 載氣、色譜柱等易耗品，不需復(fù)雜的氣路控制冋路，靈敏度較高。但也存在因紅 外區(qū)不能吸收h2,故該法不能檢測h2的不足。(4) 光聲光譜法該法是利用氣體的光聲效應(yīng)，通過檢測溶解氣體分子吸收 電磁輻射(如紅外線)后溫度升高，隨即又以釋放熱能的方式推激，釋放出的熱 能使氣體產(chǎn)生成比

8、例的壓力波，壓力波的強(qiáng)度與氣體的濃度成比例。再由敏感元 件檢測，并配合鎖相放大等技術(shù)，就能得到反映物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及成分含量的光聲 光譜。與其它光譜技術(shù)相比，該測量法的優(yōu)點(diǎn)在于樣品吸收光能的大小，反射、散 射光等對測量干擾性很小，進(jìn)而提高了測量的準(zhǔn)確度。另外，由于其光聲室容積 較小(23ml),有利于提高油氣分離的效率。3. 結(jié)語變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測的最終目標(biāo)是快速、精準(zhǔn)和實(shí)吋檢測。 這將有利于對變壓器運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線評估。不同原理的在線監(jiān)測系統(tǒng)各有特色, 但總體來說，變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置較離線監(jiān)測而言，存在著如下的 優(yōu)勢：3.1沒有人為干預(yù)，減小誤差。2減輕人力負(fù)擔(dān)，節(jié)省檢修費(fèi)用

9、3避免了 由十離線檢修間隔時(shí)間長所造成的變壓器重大故障發(fā)生的隱患。4.反映運(yùn)行趨勢, 預(yù)測可能發(fā)生的故障根據(jù)在線檢測所得到的數(shù)據(jù)，結(jié)合專業(yè)知識，很容易判斷變 壓器運(yùn)行趨勢，從而預(yù)測變壓器可能發(fā)生的故障。此外，在線監(jiān)測也有如下特點(diǎn)： 1要求儀器可靠性高，要長期穩(wěn)定運(yùn)行；2必須盡可能的靠近流動(dòng)處安裝，以便 快速檢測因內(nèi)部故障產(chǎn)生的氣體；3.在線監(jiān)測僅僅是初期診斷，當(dāng)發(fā)出警報(bào)時(shí), 仍應(yīng)立即取樣進(jìn)行分析；4.在線監(jiān)測要求有一定的自動(dòng)化程度，要求檢測儀的信 號處理技術(shù)小型化、智能化等；5.造價(jià)一定要低，在線監(jiān)測的目的是保證變壓器 的安全運(yùn)行，取得經(jīng)濟(jì)實(shí)效。總之，變壓器油中溶解氣體的在線監(jiān)測是普查和日 常監(jiān)視的一個(gè)重要手段，它可以提供故障的初步信息，有利于突發(fā)性故障現(xiàn)場檢 測定性，具有較好的靈活性和實(shí)用性