论文部分内容阅读
摘要：本文从变压器在线监测色谱分析的功能出发，通过对系统数据库的介绍和具体功能的实现介绍，对色谱分析的应用提供了一定的理论基础和实际经验。
关键词：变压器；在线监测；色谱分析；软件开发
【中图分类号】TM41
油色谱分析的主要分析内容包括溶解于变压器油中的气体组分、含量及产气速率等，通过这些数据总结出能够及早发现变压器内部存在潜伏性故障、判断其是否会危及安全运行状态。
普遍应用的油色谱分析法，是将变压器油取回实验室中，用色谱仪进行分析，这种方法虽有不受现场电磁干扰等和及时发现一些局部放热等问题的应用优势，但是任存在很多不足：脱气中存在较大的人为误差尤其是人工修正监测曲线；从取油样到实验室分析，作业程序复杂，花费的时间和费用较高，在技术经济上不能适应电力系统发展的需要；检测周期长，不能及时发现潜伏性故障和有效的跟踪发展趋势；因受其设备费用和技术力量的限制，不可能每个变电站都配备油色谱分析仪，运行人员无法随时掌握和监视本站变压器的运行状况，反而加大事故率。
综合以上常规油色谱分析法的缺陷，国内外对于变压器油气色谱分析的在线监测方法已有长足进步。根据上述理论，目前市场上已经存在一些油色谱在线监测设备，本文就这些在线的色谱分析设备进行介绍。
1 色谱分析的功能介绍
油色谱分析作为在线监测变压器运行的一项有效措施，在电力行业中的使用已经有多年的历史。
油色谱在线监测的数据不需要将设备停电，而且灵敏度高，与其它试验配合能提高对设备故障分析准确性，而且不受外界因数的影响，可定期对运行设备内部绝缘状况进行监测。因此油色谱分析已真正成为发现变压器等重要电气设备内部隐患、预防事故发生的有效途径，确保设备潜伏性故障的及时消除，使电气设备全稳定运行。
目前，变压器油中气体的监测已成为状态监测的最重要的手段之一，在实际应用中得到了广泛推广。变压器油色谱在线监测装置可对变压器运行状态实施在线监测，通过分析油中特征气体浓度，随时可掌握设备的运行状态，从而及时发现和诊断其内部故障，弥补了实验室色谱分析方法不能及时迅速监测的缺憾，为实时掌握变压器的运行状态提供了重要数据，从而提高设备的管理水平，因此是保证变压器及电网系统安全经济运行的重要手段。但现有的在线监测设备和技术还存在监测数据不准确、校准性能差和数据传输不稳定等问题，直接影响着变压器状态量的评估结果。这些问题也成为了变压器油色谱在线监测技术发展的方向。
根据本文所涉及的色谱在线监测装置，其中气相色谱的在线分析是主要部分，如图1所示为色谱分析的工作内容和功能。
2 色谱分析的事故报警和智能预测
通过上述的自动的周期调整和通讯传输，实现了数据的自动动态采集。如表1所示为我国 GB/T 7252-2001《变压器油气分析与判断导则》对H2，CH4，C2H6，C2H2，C2H4等5种气体进行了相关的等级规定，通过该规定具体设置改良三比值法阀值的规定。
表1 变压器中气体含量等级分类 单位：uL/L
通过所开发的监控系统可以通过对权值的设置实现对单个气体的越限实时监测，但是当需要对变压器进行具体故障原因预测或判定时则需要外接的SQL数据库，利用相关的数据物理模型进行具体的阀值判定，本文所开发的设备在试验中利用改良的三比值法，通过对C2H2、C2H4、CH4、C2H6、H2等参数进行监测，其中通过上述数据两两的比值进行监测，其中设m1=dC2H2/dC2H4，m2=dCH4/dH2，m3=dC2H4/dC2H6。通过对上述三者数据的阀值监测对变压器故障的根本原因：低温过热、高温过热、低能放电和放电兼过热等进行判定。如表2所示为改良三比值算法在测量变压器气体含量时的具体阀值。
在气相色谱的处理设计过程中本文主要对其功能进行了较为完善的开发，使用起来方便简捷。在该软件的人机交互界面中主要有两个界面，一个是对参数的设置，在单击“实验参数”钮时，就进入到了设置参数的界面，如图3所示。
单击“设置”菜单下的“坐标轴设置”按钮，弹出一个坐标轴设置对话框，对话框中显示的是用户目前A、B通道屏幕显示上、下限，显示满屏谱图的时间和采样停止时间的设定值，在此框中可更改这些设定值。按“确认”钮保存当前所作的更改，按“取消”则取消当前所作的更改，恢复原设定值。
鉴于数据采集卡的量程范围为-1.25v～+1.25v，屏显上、下限设定数值范围为-1500mv～+1500mv。屏显上、下限最小间隔为1mv，对其它的参数，如积分参数是使用面积的方式还是高度的方式，积分方法是使用什么样方法等，可以直接在界面中进行选择，同时也可以对电压范围和时间范围进行设置。
该装置界面可以实时的进行数据的展示，通过相关的数据自动动态校准，给予运维人员最为准确的实时数据。下面以H2、CO和微水为例进行具体的功能介绍，内容如下：
（1）氢气监测
在缺陷发生的最早阶段，作用于变压器油的热量与电磁力将产生氢。另外，高流动性的氢原子会很快分布到油中，这样检测油中的含氢量就可知道早期而可靠的缺陷信号。
该装置擅长及时精确的检出低含量的氢气成分，当它安装到被监测的变压器后，设备可以发现可能的最早期缺陷并以合适的精度来实时监控后面缺陷的发展状况，在现场运行已经证明其可有效防止设备事故并延长变压器使用寿命。
（2）一氧化碳監测
一氧化碳是纤维老化的次产物。尽管在所有变压器运行中都会生成一氧化碳，但如果反常的出现大量一氧化碳则表明可能发生局部过热现象。该装置能可靠的测量一氧化碳基线并在一氧化碳浓度突然增大时报警。有时可以结合实验室DGA对固体绝缘早期加速老化进行评估，以防止发生重大而不可挽回的事故。
3 总结
目前，变压器油中气体的监测已成为状态监测的最重要的手段之一，在实际应用中得到了广泛推广。变压器油色谱在线监测装置可对变压器运行状态实施在线监测，通过分析油中特征气体浓度，随时可掌握设备的运行状态，从而及时发现和诊断其内部故障，弥补了实验室色谱分析方法不能及时迅速监测的缺憾，为实时掌握变压器的运行状态提供了重要数据，从而提高设备的管理水平，因此是保证变压器及电网系统安全经济运行的重要手段。但现有的在线监测设备和技术还存在监测数据不准确、校准性能差和数据传输不稳定等问题，直接影响着变压器状态量的评估结果。这些问题也成为了变压器油色谱在线监测技术发展的方向。
参考文献：
[1] 刘娜， 谈克雄， 高文胜. 基于油中溶解气体谱图的变压器故障识别方法. 清华大学学报（自然科学版）， 2003， 43（3）：301-303.
[2] 李宁先， 章金谋， 李镓等. 变压器油中气体色谱分析方法和仪器发展现状. 变压器， 2003， 40（8）：20-23.
[3] Electric Machinery Committee of the IEEE Power Engineering Society. IEEE Trial-Use Guide to the Measurement of Partial Discharges in Rotating Machinery （IEEE Std 1434-2000）. The Institute of Electrical and Electronics Engineers， Inc.， 2000.
关键词：变压器；在线监测；色谱分析；软件开发
【中图分类号】TM41
油色谱分析的主要分析内容包括溶解于变压器油中的气体组分、含量及产气速率等，通过这些数据总结出能够及早发现变压器内部存在潜伏性故障、判断其是否会危及安全运行状态。
普遍应用的油色谱分析法，是将变压器油取回实验室中，用色谱仪进行分析，这种方法虽有不受现场电磁干扰等和及时发现一些局部放热等问题的应用优势，但是任存在很多不足：脱气中存在较大的人为误差尤其是人工修正监测曲线；从取油样到实验室分析，作业程序复杂，花费的时间和费用较高，在技术经济上不能适应电力系统发展的需要；检测周期长，不能及时发现潜伏性故障和有效的跟踪发展趋势；因受其设备费用和技术力量的限制，不可能每个变电站都配备油色谱分析仪，运行人员无法随时掌握和监视本站变压器的运行状况，反而加大事故率。
综合以上常规油色谱分析法的缺陷，国内外对于变压器油气色谱分析的在线监测方法已有长足进步。根据上述理论，目前市场上已经存在一些油色谱在线监测设备，本文就这些在线的色谱分析设备进行介绍。
1 色谱分析的功能介绍
油色谱分析作为在线监测变压器运行的一项有效措施，在电力行业中的使用已经有多年的历史。
油色谱在线监测的数据不需要将设备停电，而且灵敏度高，与其它试验配合能提高对设备故障分析准确性，而且不受外界因数的影响，可定期对运行设备内部绝缘状况进行监测。因此油色谱分析已真正成为发现变压器等重要电气设备内部隐患、预防事故发生的有效途径，确保设备潜伏性故障的及时消除，使电气设备全稳定运行。
目前，变压器油中气体的监测已成为状态监测的最重要的手段之一，在实际应用中得到了广泛推广。变压器油色谱在线监测装置可对变压器运行状态实施在线监测，通过分析油中特征气体浓度，随时可掌握设备的运行状态，从而及时发现和诊断其内部故障，弥补了实验室色谱分析方法不能及时迅速监测的缺憾，为实时掌握变压器的运行状态提供了重要数据，从而提高设备的管理水平，因此是保证变压器及电网系统安全经济运行的重要手段。但现有的在线监测设备和技术还存在监测数据不准确、校准性能差和数据传输不稳定等问题，直接影响着变压器状态量的评估结果。这些问题也成为了变压器油色谱在线监测技术发展的方向。
根据本文所涉及的色谱在线监测装置，其中气相色谱的在线分析是主要部分，如图1所示为色谱分析的工作内容和功能。
2 色谱分析的事故报警和智能预测
通过上述的自动的周期调整和通讯传输，实现了数据的自动动态采集。如表1所示为我国 GB/T 7252-2001《变压器油气分析与判断导则》对H2，CH4，C2H6，C2H2，C2H4等5种气体进行了相关的等级规定，通过该规定具体设置改良三比值法阀值的规定。
表1 变压器中气体含量等级分类 单位：uL/L
通过所开发的监控系统可以通过对权值的设置实现对单个气体的越限实时监测，但是当需要对变压器进行具体故障原因预测或判定时则需要外接的SQL数据库，利用相关的数据物理模型进行具体的阀值判定，本文所开发的设备在试验中利用改良的三比值法，通过对C2H2、C2H4、CH4、C2H6、H2等参数进行监测，其中通过上述数据两两的比值进行监测，其中设m1=dC2H2/dC2H4，m2=dCH4/dH2，m3=dC2H4/dC2H6。通过对上述三者数据的阀值监测对变压器故障的根本原因：低温过热、高温过热、低能放电和放电兼过热等进行判定。如表2所示为改良三比值算法在测量变压器气体含量时的具体阀值。
在气相色谱的处理设计过程中本文主要对其功能进行了较为完善的开发，使用起来方便简捷。在该软件的人机交互界面中主要有两个界面，一个是对参数的设置，在单击“实验参数”钮时，就进入到了设置参数的界面，如图3所示。
单击“设置”菜单下的“坐标轴设置”按钮，弹出一个坐标轴设置对话框，对话框中显示的是用户目前A、B通道屏幕显示上、下限，显示满屏谱图的时间和采样停止时间的设定值，在此框中可更改这些设定值。按“确认”钮保存当前所作的更改，按“取消”则取消当前所作的更改，恢复原设定值。
鉴于数据采集卡的量程范围为-1.25v～+1.25v，屏显上、下限设定数值范围为-1500mv～+1500mv。屏显上、下限最小间隔为1mv，对其它的参数，如积分参数是使用面积的方式还是高度的方式，积分方法是使用什么样方法等，可以直接在界面中进行选择，同时也可以对电压范围和时间范围进行设置。
该装置界面可以实时的进行数据的展示，通过相关的数据自动动态校准，给予运维人员最为准确的实时数据。下面以H2、CO和微水为例进行具体的功能介绍，内容如下：
（1）氢气监测
在缺陷发生的最早阶段，作用于变压器油的热量与电磁力将产生氢。另外，高流动性的氢原子会很快分布到油中，这样检测油中的含氢量就可知道早期而可靠的缺陷信号。
该装置擅长及时精确的检出低含量的氢气成分，当它安装到被监测的变压器后，设备可以发现可能的最早期缺陷并以合适的精度来实时监控后面缺陷的发展状况，在现场运行已经证明其可有效防止设备事故并延长变压器使用寿命。
（2）一氧化碳監测
一氧化碳是纤维老化的次产物。尽管在所有变压器运行中都会生成一氧化碳，但如果反常的出现大量一氧化碳则表明可能发生局部过热现象。该装置能可靠的测量一氧化碳基线并在一氧化碳浓度突然增大时报警。有时可以结合实验室DGA对固体绝缘早期加速老化进行评估，以防止发生重大而不可挽回的事故。
3 总结
目前，变压器油中气体的监测已成为状态监测的最重要的手段之一，在实际应用中得到了广泛推广。变压器油色谱在线监测装置可对变压器运行状态实施在线监测，通过分析油中特征气体浓度，随时可掌握设备的运行状态，从而及时发现和诊断其内部故障，弥补了实验室色谱分析方法不能及时迅速监测的缺憾，为实时掌握变压器的运行状态提供了重要数据，从而提高设备的管理水平，因此是保证变压器及电网系统安全经济运行的重要手段。但现有的在线监测设备和技术还存在监测数据不准确、校准性能差和数据传输不稳定等问题，直接影响着变压器状态量的评估结果。这些问题也成为了变压器油色谱在线监测技术发展的方向。
参考文献：
[1] 刘娜， 谈克雄， 高文胜. 基于油中溶解气体谱图的变压器故障识别方法. 清华大学学报（自然科学版）， 2003， 43（3）：301-303.
[2] 李宁先， 章金谋， 李镓等. 变压器油中气体色谱分析方法和仪器发展现状. 变压器， 2003， 40（8）：20-23.
[3] Electric Machinery Committee of the IEEE Power Engineering Society. IEEE Trial-Use Guide to the Measurement of Partial Discharges in Rotating Machinery （IEEE Std 1434-2000）. The Institute of Electrical and Electronics Engineers， Inc.， 2000.