周明

（新疆阿克蘇電力有限責(zé)任公司，新疆 阿克蘇 843000）

引言

油中的溶解氣體進(jìn)行在線或者離線的氣體含量分析，根據(jù)油中氣體的組分和含量，可以判斷設(shè)備內(nèi)部的隱藏缺陷。目前，油色譜在國內(nèi)已經(jīng)有許多成功的應(yīng)用經(jīng)驗，技術(shù)方面也趨于成熟，根據(jù)油氣分離和檢測的原理不同，目前在線監(jiān)測裝置按照原理分為：氣相色譜法、燃料電池法、光聲光譜法以及紅外光譜法。

氣相色譜法可以分析多組分氣體，是目前比較成熟、應(yīng)用比較廣泛的一種技術(shù)。

一、必要性和意義

1.我國電力行業(yè)正在向大機(jī)組、大容量、高電壓等級電網(wǎng)發(fā)展，對電力安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提出了更高要求電力高壓設(shè)備是電網(wǎng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行的關(guān)鍵，對保障社會正常生產(chǎn)和企業(yè)正常運(yùn)行具有重要意義。高電壓、大容量的電力變壓器是輸變電系統(tǒng)中最關(guān)鍵的設(shè)備，在實際運(yùn)行中會受到電、熱、機(jī)械、環(huán)境等各種因素的影響，絕緣性能可能發(fā)生劣化，安全性能下降，甚至導(dǎo)致發(fā)生故障，從而引起局部乃至大面積停電等重大電力事故，造成巨大的直接或間接經(jīng)濟(jì)損失和社會影響。因此，對電力高壓設(shè)備進(jìn)行必要的監(jiān)測，保證其穩(wěn)定運(yùn)行，對電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、安全性具有重要意義。

2.隨著現(xiàn)代科技的快速發(fā)展以及微處理器的引入，在線檢測儀器的發(fā)展速度正在穩(wěn)步提高。在線檢測儀器的功能不斷改善而價格在逐步下降，使智能化在線檢測儀器的廣泛應(yīng)用成為可能。由于通訊技術(shù)的發(fā)展使得在線檢測的結(jié)果能夠快速傳遞到遠(yuǎn)距的分析和控制中心，在出現(xiàn)故障時不但能及時自動報警并可從多氣體比值判斷故障性質(zhì)及類型，采取必要措施，更顯示出了他的重要作用。

3.鑒于此，電力行業(yè)必須盡快改變陳舊的檢修模式，由傳統(tǒng)的計劃檢修模式向根據(jù)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)確定檢修的狀態(tài)檢修模式轉(zhuǎn)變。狀態(tài)檢修是在在線監(jiān)測技術(shù)實時把握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的基礎(chǔ)上得以實現(xiàn)的。因此狀態(tài)檢修可以克服定期檢修的局限性，及時發(fā)現(xiàn)潛伏性故障，降低事故率；通過提高檢修的針對性，減少停機(jī)時間和開停機(jī)次數(shù)，延長設(shè)備使用壽命；實時掌握變壓器的內(nèi)部狀態(tài)，預(yù)防變壓器內(nèi)部早期故障，把握變壓器狀態(tài)發(fā)展趨勢，從而可及時組織人員進(jìn)行維修，最大程度的減少企業(yè)損失，避免重大惡性事故的發(fā)生，提高電網(wǎng)的安全運(yùn)行；

4.變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)是直接在變壓器現(xiàn)場實現(xiàn)油色譜的定時在線智能化監(jiān)測與故障診斷。這樣，不僅可以及時掌握變壓器的運(yùn)行狀況，發(fā)現(xiàn)和跟蹤存在的潛伏性故障，并且可以及時根據(jù)專家系統(tǒng)對故障自動進(jìn)行診斷，以便運(yùn)行人員迅速作出處理；

4.1 同時，可以降低常規(guī)油色譜分析法的誤差，提高故障診斷的可靠性；可以在主控室對變電站每臺主變的油色譜分析進(jìn)行巡回在線監(jiān)測；根據(jù)需要，還可以實現(xiàn)反映變壓器電氣異常的多特征量的在線智能化監(jiān)測和對故障綜合評判診斷，以及與變電站其它在線監(jiān)測與診斷裝置聯(lián)機(jī)，實現(xiàn)整個變電站運(yùn)行工況的在線智能化監(jiān)測與診斷；

4.2 采用在線監(jiān)測裝置在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上都有顯著的優(yōu)勢，既提高了變電站運(yùn)行的管理水平，又可為從預(yù)防性檢修體系過渡到預(yù)知性檢修體系奠定基礎(chǔ)。因此，變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)項目的實施對我們變電站維護(hù)、運(yùn)行部門具有重要的實用價值。

二、油色譜在線監(jiān)測的理論和實踐依據(jù)

1.廣譜型氣相色譜技術(shù)是變壓器油中溶解的故障特性氣體檢測的傳統(tǒng)成熟技術(shù)，在已開發(fā)應(yīng)用的在線監(jiān)測系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用；2.高靈敏度傳感器、微電子等技術(shù)的日益發(fā)展成熟為新一代變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用提供了技術(shù)保證；3.通過現(xiàn)場應(yīng)用的深入，變壓器油色譜在線監(jiān)測技術(shù)已被普遍認(rèn)同，并成為實驗室油色譜分析的有效補(bǔ)充，是確保變壓器日常安全運(yùn)行的主要依據(jù)；

4.變壓器如存在局部過熱或局部放電，故障部位的絕緣油或固體絕緣物將會分解出小分子烴類氣體（如 CH4、C2H6、C2H4、C2H2等）和其他氣體（如H2、CO、CO2等）。

4.1 上述每種氣體在絕緣油中的濃度和油中可燃?xì)怏w的總濃度（TCG）均可作為變壓器設(shè)備內(nèi)部故障診斷的指標(biāo)。變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)采用廣譜型氣相色譜技術(shù)實現(xiàn)變壓器油的在線監(jiān)測。

4.2 系統(tǒng)將溶解于變壓器油中的故障特性氣體經(jīng)脫氣裝置脫氣后，在載氣的推動下通過色譜柱，色譜柱對不同的氣體具備不同的親和作用將故障特性氣體逐依分離，氣敏傳感器對故障氣體（H2、CO、CH4、C2H6、C2H4、C2H2）按出峰順序分別進(jìn)行檢測，并將氣體的濃度特性轉(zhuǎn)換成電信號。

4.3 數(shù)據(jù)處理器對電信號進(jìn)行處理轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，并存儲在數(shù)據(jù)處理器內(nèi)嵌的存儲器上，并確保測量數(shù)據(jù)真實可靠；能連續(xù)監(jiān)測油中溶解的故障特征氣體，能充分保證在線檢測的適時性要求。

4.4 主控計算機(jī)經(jīng)RS485模塊，通過現(xiàn)場通訊總線獲取日常監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，分別計算出故障氣體各組份和總烴的含量。通過智能譜峰識別和基線自動跟蹤等先進(jìn)技術(shù)，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程監(jiān)測以及故障診斷專家系統(tǒng)程序?qū)ψ儔浩饔蜕V數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析診斷，判斷特征氣體的濃度及變化趨勢，實現(xiàn)變壓器故障的在線監(jiān)測分析?？筛鶕?jù)設(shè)備運(yùn)行狀況、故障類型、故障可能部位等數(shù)據(jù)向運(yùn)行、檢修人員提供分析結(jié)果并給出檢修建議。

三、變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

1.變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)的原理及軟件實現(xiàn)

1.1.通訊性能。變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)滿足用戶的主變安裝油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)的通訊要求，系統(tǒng)主機(jī)安裝在變電站的被監(jiān)測主變附近，實現(xiàn)在線色譜分析，檢測結(jié)果通過RS-485工業(yè)總線傳輸?shù)桨惭b在變電站主控室的上位工控機(jī)上，各個變電站的工控機(jī)均分配有固定IP，通過電力辦公網(wǎng)絡(luò)與安裝在公司中心機(jī)房的監(jiān)控主站聯(lián)機(jī)組網(wǎng)。一臺主站管理市內(nèi)所有的油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)，所有分析數(shù)據(jù)均上傳到主站上。并且監(jiān)控主站可以查詢油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)的狀態(tài)、設(shè)定分析周期等。監(jiān)控中心和監(jiān)控主站均具備WEB數(shù)據(jù)發(fā)布功能，具備查詢權(quán)限的管理人員可以通過WEB瀏覽、查詢數(shù)據(jù)。監(jiān)控中心和監(jiān)控主站還配備客戶端管理軟件，安裝客戶端的管理人員可以進(jìn)行專家診斷、高級管理等功能。

1.2.后臺工作站

變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)可按用戶要求每臺油色譜在線監(jiān)測裝置配置一臺后臺工作站，后臺工作站應(yīng)為專用工業(yè)控制計算機(jī)。后臺工作站應(yīng)具備收集和存儲數(shù)據(jù)的功能，應(yīng)分別建立歷史數(shù)據(jù)庫和實時數(shù)據(jù)庫，歷史數(shù)據(jù)庫存儲量超過二十年，實時數(shù)據(jù)庫存放最近的實測數(shù)據(jù)。所收集的數(shù)據(jù)應(yīng)能方便地進(jìn)行查詢、打印和導(dǎo)出。

后臺工作站具備故障診斷和報警功能，可為每個組分或產(chǎn)氣速率設(shè)定注意值，數(shù)據(jù)超過注意值時能夠?qū)崟r報警。后臺工作站配備有標(biāo)準(zhǔn)輸出接口，可方便實現(xiàn)局域網(wǎng)連接和遠(yuǎn)端監(jiān)視。變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)配置安裝有完整的安全的可靠的操作系統(tǒng)、常用軟件和數(shù)據(jù)庫軟件。

配置運(yùn)行必須的常用軟件，包括系統(tǒng)通信軟件﹑監(jiān)視軟件﹑工具軟件﹑組態(tài)軟件、分析軟件等。工具軟件能對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)﹑用軟件系統(tǒng)﹑操作系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)和通信軟件進(jìn)行管理和維護(hù)。組態(tài)軟件能根據(jù)生產(chǎn)運(yùn)行需要及變電站設(shè)備變更的實際狀況，對監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行重新配置和修改。具有專門軟硬件設(shè)備，對操作系統(tǒng)﹑數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)﹑用軟件系統(tǒng)及其它軟件和數(shù)據(jù)進(jìn)行備份和故障恢復(fù)。

系統(tǒng)構(gòu)成。系統(tǒng)由就地部分和主控部分組成，就地現(xiàn)場部分有主機(jī)、氣瓶、油管組成；主控部分由主控計算機(jī)、系統(tǒng)控制分析軟件構(gòu)成。

2.功能實現(xiàn)

2.1.油氣分離。變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)的色譜分析儀利用內(nèi)部的油氣自動分離裝置，將取來的油樣完成油氣分離過程。油、氣分離采用了世界上最先進(jìn)的真空完全脫氣方式，脫氣效率＞95%，實現(xiàn)分析油樣中油、氣的完全分離，為下一步的氣體測量工作奠定了堅實的基礎(chǔ)，有效地保證了測量重復(fù)性，在測量的源頭上將不完全脫氣帶來的測量重復(fù)性誤差消除，避免了靠軟件修正消除由于不完全脫氣形成的重復(fù)性誤差所帶來的不確定性。

2.2.混合氣體分離。變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)的色譜分析儀通過內(nèi)部的氣相色譜柱，可以將混合氣體分離成單組份的氣體。分析油樣經(jīng)過油、氣分離裝置后，油、氣被完全分離開來，分離后的混合氣體在載氣的推動下進(jìn)入氣相色譜分離系統(tǒng)，混合氣體經(jīng)過與實驗室相同分離原理的氣相色譜系統(tǒng)，氣體被分離成單組分的氣體。

2.3.氣體檢測。經(jīng)過分離的氣體濃度在分析儀器內(nèi)部經(jīng)過氣體檢測傳感器，氣體濃度信號被轉(zhuǎn)變成電壓并被換算成數(shù)字量值，通過RS485通訊電纜傳輸?shù)焦ぷ髡?，由監(jiān)測軟件完成分析并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)油中的濃度。

2.4.系統(tǒng)自診斷。對系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)概率最大的故障點進(jìn)行檢測報警及自動處理報警功能，對不可恢復(fù)性故障將采取掉電記憶報警鎖定的方式保護(hù)系統(tǒng)直到人為干預(yù)消除報警。

2.5.數(shù)據(jù)傳輸。現(xiàn)場的分析儀器通過RS485鍇裝通訊線纜實現(xiàn)和工作站的數(shù)據(jù)通訊功能。

2.6.數(shù)據(jù)掉電保持。分析儀器在工作站計算機(jī)故障時仍能自動按照預(yù)先設(shè)定的值工作，測量數(shù)據(jù)具有掉電保持功能，數(shù)據(jù)保存時間一年。

2.7.智能數(shù)據(jù)分析。分析儀器測量的數(shù)據(jù)進(jìn)入工作站后經(jīng)過內(nèi)部軟件的智能分析計算出當(dāng)前氣體的濃度，據(jù)此形成變壓器工作狀態(tài)的分析結(jié)果。

2.8.數(shù)據(jù)共享。分析結(jié)果存入開放式數(shù)據(jù)庫，可以實現(xiàn)和電力系統(tǒng)內(nèi)部其他監(jiān)視系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享以及與其他監(jiān)測管理系統(tǒng)的集成。

2.9.管理功能。對工作站內(nèi)的分析儀器統(tǒng)一管理，同時可以設(shè)定不同層次具備不同的管理權(quán)限。

2.10.報表功能。歷史數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)報表、圖形報表方式輸出，具備方便的圖譜數(shù)據(jù)查詢功能，其中圖形可以jpg圖像方式輸出，以適應(yīng)用戶不同需要。

2.11.遠(yuǎn)程控制。工作站內(nèi)部的數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)可以通過互聯(lián)網(wǎng)被遠(yuǎn)程計算機(jī)瀏覽，同時具備強(qiáng)大的系統(tǒng)遠(yuǎn)程診斷功能。

2.12.過油保護(hù)。當(dāng)脫出的氣體中含有油的成份時系統(tǒng)將停止當(dāng)前的工作，進(jìn)行油、氣重新分離工作，保護(hù)后續(xù)工作的順利進(jìn)行，增強(qiáng)設(shè)備的工作可靠性直到脫出符合要求的氣體。

3.結(jié)構(gòu)和外觀

分析儀器結(jié)構(gòu)采用抗腐蝕美觀的不銹鋼材料制成，結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計，其設(shè)計合理可靠，外觀安全、美觀、抗腐蝕不生銹。

結(jié)束語。在線監(jiān)測系統(tǒng)給輸變電設(shè)備維護(hù)帶來以下幾方面優(yōu)點：A、相對于傳統(tǒng)的大部分預(yù)防性試驗停電試驗，在線監(jiān)測是對設(shè)備在運(yùn)行工況下進(jìn)行檢測，而且測試的周期可以縮短，測量結(jié)果能夠更加反映設(shè)備的實際情況，因此更加準(zhǔn)確和有效，由此有助于減少突發(fā)性事故、提高設(shè)備可靠性；B、由于在線監(jiān)測在設(shè)備不停電時進(jìn)行，有利于優(yōu)化檢修周期，減少不必要的停電，因此可以大大減少停電時間，提高設(shè)備的可用率；C、在線監(jiān)測可實現(xiàn)自動檢測，檢修試驗人員的介入減少；另外，在實現(xiàn)在線監(jiān)測的基礎(chǔ)上對停電檢修的項目和周期都可作優(yōu)化調(diào)整，因此大大減少了試驗檢修工作量；D、在線監(jiān)測通過減少不必要的檢修，減少了因檢修工作質(zhì)量帶來的設(shè)備故障缺陷風(fēng)險，提高了設(shè)備的可靠性；E、在線監(jiān)測是設(shè)備實施狀態(tài)檢修的重要條件，對提高設(shè)備的安全性、延長設(shè)備壽命有重大意義。

我國電力企業(yè)普遍存在電力變壓器長期滿負(fù)荷運(yùn)作，設(shè)備使用年限較長等現(xiàn)象，運(yùn)作率基本保持在90%以上，隨著使用年限的增加，出現(xiàn)設(shè)備故障的幾率會成倍增長。高壓電力變壓器惡劣的運(yùn)行環(huán)境對有效把握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)提出了更高的要求，只有合理有效的運(yùn)用在線監(jiān)測技術(shù)手段，才能保證變壓器的正常運(yùn)行，保證企業(yè)生產(chǎn)的正常運(yùn)作，確保并延長設(shè)備使用壽命；否則一旦出現(xiàn)變壓器事故，損失的不僅僅是變壓器本身的產(chǎn)品價值，更大程度的是因為停電導(dǎo)致企業(yè)停產(chǎn)后所造成的無法估計的經(jīng)濟(jì)以及信譽(yù)損失。

[1]黃新波，程榮貴，蔡偉，宋栓軍，景軍鋒，李俊峰.變電設(shè)備在線監(jiān)測與故障診斷[M].北京：中國電力出版社.2010.

[2]劉有為，李鵬，高克利，王獻(xiàn)麗，劉娟，王峰，李金忠.輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修的技術(shù)研究及其應(yīng)用[M].北京：中國電力科學(xué)研究院.