1、電業(yè)局變壓器加裝油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)可行性研究報(bào)告一.工程概述1.1 編制依據(jù)依據(jù)國家電網(wǎng)公司變電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則要 求，基于在線監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展水平、在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用效果以及變電設(shè)備重要程度，在線監(jiān)測系統(tǒng)配置原則為750千伏及以上電壓等級(jí)油浸式變壓器、電抗器應(yīng)配置油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置；土 400千伏及以上電壓等級(jí)換流變壓器、500千伏油浸式變壓器應(yīng)配置油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置；500千伏（330千伏）電抗器、330千伏、220千伏油浸式變壓器宜 配置油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置；對(duì)于110千伏（66千伏）電壓等級(jí)油浸式變壓器（電抗器）存在以下情況之一的宜配置油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置： 存

2、在潛伏性絕緣缺陷； 存在嚴(yán)重家族性絕緣缺陷； 運(yùn)行時(shí)間超過15年； 運(yùn)行位置特 別重要。根據(jù)此配置原則的規(guī)定作出某電業(yè)局變壓器加裝油色譜 在線監(jiān)測系統(tǒng)可行性報(bào)告。1.2 工程現(xiàn)狀目前某電業(yè)局所轄的 220kV老滿城變電站1#、3#主變、 米泉變電站 1#、2#主變、三宮變電站1#、2#、3#主變、頭屯河變電站1#、2#主變、八戶梁變電站 1#、2#主變、龍崗 變1#、2#主變、鋼東變電站 1#、2#、3#、4#主變；110kV 北京變1#、2#主變、旭日變 2#主變需要加裝變壓器油色譜 在線監(jiān)測系統(tǒng)總計(jì)19臺(tái)。1.3 項(xiàng)目預(yù)期目標(biāo)、依據(jù)及經(jīng)濟(jì)技術(shù)原則1.3.1 項(xiàng)目預(yù)期目標(biāo)大型變壓器是整個(gè)發(fā)供

3、電系統(tǒng)重要核心的設(shè)備，具安全運(yùn)行至關(guān)重要，由于大型變壓器設(shè)計(jì)、制造、材料質(zhì)量和運(yùn)行等諸多 方面的原因，設(shè)備的惡性故障時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)，通過對(duì)絕緣油中溶解氣體的測量和分析，實(shí)現(xiàn)了對(duì)大型變壓器部運(yùn)行狀態(tài)的在線監(jiān)控， 能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)和診斷其部故障，隨時(shí)掌握設(shè)備的運(yùn)行狀況， 彌補(bǔ)了試驗(yàn)室色譜分析的不足，為保證變壓器的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和狀態(tài) 檢修提供了技術(shù)支持，是保證變壓器及電網(wǎng)系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的 重要手段，可以給電力行業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本期對(duì)我局所轄的部分變電站加裝 19臺(tái)變壓器在線監(jiān) 測系統(tǒng)完成后城區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行狀況將得到明顯改善，有利于促進(jìn)經(jīng)濟(jì)協(xié)

4、調(diào)發(fā)展，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展提供保障。1.3.2 依據(jù)及經(jīng)濟(jì)技術(shù)原則1）國家電網(wǎng)公司變電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則2）國家電網(wǎng)科20091535號(hào)智能變電站技術(shù)導(dǎo)則Q/GDW 383-2009。3）國家電網(wǎng)科2010112 號(hào)變電站智能化改造技術(shù)規(guī)Q/GDWZ414-2010。4）國家電網(wǎng)基建2011539號(hào)智能變電站優(yōu)化集成 設(shè)計(jì)建設(shè)指導(dǎo)意見。5）其它相關(guān)的規(guī)程、規(guī)及反措要求。1.4 可研圍和規(guī)模1.4.1 可研的容和圍本期對(duì)我局所轄的220kV老滿城變電站1# 3#主變、米 泉變電站1#、2#主變、三宮變電站 1#、2#、3#主變、頭屯 河變電站1#、2#主變、八戶梁變電站1#、2#主變、龍

5、崗變1#、2#主變、鋼東變電站 1#、2#、3#、4#主變；110kV北京 變1#、2#主變、旭日變 2#主變加裝變壓器油色譜在線監(jiān)測 系統(tǒng)總計(jì)19臺(tái)。加裝了變壓器油色譜在線監(jiān)測裝置后可對(duì)各站 的變壓器進(jìn)行狀態(tài)實(shí)施在線監(jiān)控，通過分析油中特征氣體濃度， 隨時(shí)可掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)， 及時(shí)發(fā)現(xiàn)和診斷其部故障， 為實(shí)時(shí) 掌握變壓器的運(yùn)行狀態(tài)提供了重要數(shù)據(jù)，從而提高設(shè)備的管理水平。1.5 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)本工程靜態(tài)總投資：萬元。二、項(xiàng)目的背景及意義大型變壓器作為電力生產(chǎn)和輸送的主要設(shè)備，是整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的核心設(shè)備之一，其安全性能至關(guān)重要。由于諸多方面的原因， 設(shè)備的惡性故障時(shí)有發(fā)生，一旦出現(xiàn)嚴(yán)重故障，必須

6、停電檢修， 嚴(yán)重影響了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行， 必將造成重大經(jīng)濟(jì)損失。因此， 為確保大型變壓器的安全運(yùn)行，變大型變壓器的定期檢修為狀態(tài) 維護(hù)，是今后變壓器維護(hù)方式的發(fā)展方向。變壓器油色譜在線監(jiān)測裝置可對(duì)大型變壓器進(jìn)行狀態(tài)實(shí)施 在線監(jiān)控，通過分析油中特征氣體濃度， 隨時(shí)可掌握設(shè)備的運(yùn)行 狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和診斷其部故障，彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)室色譜分析方法不 能及時(shí)迅速監(jiān)測的缺憾，為實(shí)時(shí)掌握變壓器的運(yùn)行狀態(tài)提供了重 要數(shù)據(jù)，從而提高設(shè)備的管理水平， 因此是保證變壓器及電網(wǎng)系 統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要手段。該成果推廣后，能夠大幅度提高大型變壓器的狀態(tài)監(jiān)測水 平，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛伏的部故障。以一臺(tái)三相220KV 180MVA變壓

7、器 為例，如發(fā)生故障，維修費(fèi)用為數(shù)十萬元，以每度電0.4元計(jì)算， 停電一天直接損失可達(dá)百萬元 （24小時(shí)X 120X 103千瓦X 0.4 ）。 變壓器及系統(tǒng)安全運(yùn)行，關(guān)系到電力企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和工農(nóng)業(yè)及人 民生活用電的可靠性，對(duì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及居民生活用電造成的間接 損失更大。由于油中溶解氣體在線監(jiān)測的重要意義，國外都對(duì)此做過大量的研究開發(fā)工作。早期的技術(shù)一般是檢測單組分氫氣和測可燃 氣總量。使用氣敏元件做傳感器，該裝置只能起報(bào)警作用， 不能 明確故障狀況，作為故障的初期警報(bào)，不是真正意義上色譜在線。 隨著色譜分析技術(shù)和油氣分離技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了可測量 4-7 種組分含量的色譜在線分析技術(shù)， 油氣分

8、離采用薄膜滲透法，然 后通過色譜柱分離，熱導(dǎo)或氫焰檢測器分析。該技術(shù)存在分析周 期長，分析結(jié)果誤差大等缺陷。隨著電力經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國外對(duì)電力設(shè)備的安全運(yùn)行給予 了極大重視，對(duì)在線監(jiān)測提出了更高的要求。當(dāng)前該技術(shù)的發(fā)展趨勢和方向是：能檢測國標(biāo)中規(guī)定的變壓器油中全部七種組分，數(shù)據(jù)與試驗(yàn)室分析結(jié)果基本一致；具有智能專家診斷功能，能對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和判斷， 監(jiān)測變壓器部運(yùn)行狀態(tài)及故障發(fā)展趨勢；分析周期短，能在幾小時(shí)檢測一次；具有遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)和校準(zhǔn)功能；性能穩(wěn)定可靠。當(dāng)前國對(duì)本技術(shù)的研究的主要有大學(xué)、上海交通大學(xué)，采用催化燃燒傳感器，可以檢測六種組分（不能檢測二氧化碳），目前主要是以科研成果形式為主

9、，沒有形成成熟產(chǎn)品。美國的 GE 公司開發(fā)的光譜在線監(jiān)測系統(tǒng)性能較為先進(jìn)，分析速度快，只需要幾分鐘，耗油少，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度高，唯一的缺點(diǎn)是靈敏度不夠高， 最低檢測限1 L/L ,有效檢測限5 L/L。 三、變壓器油色譜分析原理變壓器油在變壓器主要起絕緣作用因此又稱絕緣油。絕緣油是由許多不同分子量的碳?xì)浠衔锓肿咏M成的混合物，分子中含有CH3 CH2和CH化學(xué)基團(tuán)，弁由 C C鍵結(jié)合在一起。在正 常情況下，充油電氣設(shè)備的油/紙絕緣材料，在熱和電的作用下， 會(huì)逐漸老化和分解，產(chǎn)生少量的各種低分子燒類及二氧化碳、一 氧化碳等。若存在潛伏性過熱或放電故障時(shí)， 就會(huì)加快這些氣體 的產(chǎn)生速度。當(dāng)產(chǎn)氣速度慢，產(chǎn)

10、氣量小時(shí)，氣體大部分溶于油中。 隨著故障的發(fā)展，產(chǎn)氣量大于溶解量時(shí)，便有一部分氣體以自由 氣體的形態(tài)釋放出來。乙烯是在高于甲烷和乙烷的溫度（大約為500o C）下生成的（雖然在較低的溫度時(shí)也有少量生成）。乙烘一般在800o C 1200o C的溫度下生成，而且當(dāng)溫度降低時(shí)，反應(yīng)迅速被抑制， 作為重新化合的穩(wěn)定產(chǎn)物而積累。因此，大量乙烘是在電弧的弧道中產(chǎn)生的。當(dāng)然在較低的溫度下（低于 800o C）也會(huì)有少量 乙烘生成。分解出的氣體形成氣泡，在油里經(jīng)對(duì)流、擴(kuò)散，不斷的溶解 在油中。這些故障氣體的組成和含量與故障的類型極其嚴(yán)重程度 有密切關(guān)系。因此，分析溶解于油中的氣體，就能盡早的發(fā)現(xiàn)設(shè) 備部存在

11、的潛伏性故障，弁可隨時(shí)監(jiān)視故障的發(fā)展?fàn)顩r。不同故障類型產(chǎn)生的氣體故障類型主要?dú)怏w成分次要?dú)怏w成分油過熱CH4 C2H2H2、C2H6油和紙過熱CH4 C2H2 CO CO2H2、C2H6油紙絕緣中局部放電H2、CH4 COC2H2 C2H6 CO2油中火花放電H2、C2H2油中電弧H2、C2H2CH4 C2H4 C2H6油和紙中電弧H2、C2H2 CO CO2CH4 C2H4 C2H6注：進(jìn)水受潮或油中氣泡可能使氫含量升高三、系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和工作流程“220kV變壓器色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)”由安裝在變壓器旁邊的 主機(jī)和安裝在用戶試驗(yàn)室計(jì)算機(jī)上的監(jiān)控工作站組成。1、主機(jī)包括以下模塊氣源模塊：為色譜分析

12、系統(tǒng)提供凈化空氣；色譜分析模塊：由氣路控制、油氣分離、色譜柱、檢測器 組成，相當(dāng)于一臺(tái)微型色譜儀；電路控制模塊：由主控板、電源、工控計(jì)算機(jī)組成整個(gè)控制模塊；無線通訊模塊：傳輸數(shù)據(jù)，接收指令；恒溫控制系統(tǒng)：有小型工業(yè)空調(diào)、PTC加熱器組成，調(diào)節(jié)主機(jī)環(huán)境溫度，可使一年四季保證恒定溫度；油路模塊：由油箱、電磁閥、傳感器組成，控制油路系統(tǒng)。2、監(jiān)控工作 站組成無線通 訊接收模塊； 工作站監(jiān) 測軟件；專 家故障診斷 系統(tǒng)。取軸憫3回油閥色僭檢河系統(tǒng)氣汨氣分離真空油循環(huán)局監(jiān)杉主站系統(tǒng)的工作流程如下：用戶設(shè)定的工作時(shí)間到后，系統(tǒng)打開進(jìn)油管路，變壓器本體 油依靠自身油壓經(jīng)取樣口進(jìn)入油氣分離裝置，溶解氣體被分離

13、出來，殘油排入油箱，溶解氣體跟隨載氣經(jīng)過色譜柱分離，進(jìn)入檢測器，各組分的濃度被檢測器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)， 經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換， 送入工控計(jì)算機(jī)采集成譜圖， 經(jīng)過譜圖分析和峰處理，得到各組 分的濃度數(shù)據(jù)，通過無線遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綆в袩o線 接收系統(tǒng)的色譜在線監(jiān)測工作站上，工作站軟件可對(duì)色譜數(shù)據(jù)進(jìn) 行分析，自動(dòng)生成濃度變化趨勢圖， 弁通過專家智能診斷系統(tǒng)進(jìn) 行故障診斷。監(jiān)控人員通過色譜在線工作站可以對(duì)在線主機(jī)進(jìn)行報(bào)警值、 檢測周期等參數(shù)的調(diào)整，弁監(jiān)控主機(jī)的工作狀態(tài)。多個(gè)色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，通過無線通訊系統(tǒng)可以發(fā)送 到一臺(tái)或多臺(tái)計(jì)算機(jī)上，同時(shí)一臺(tái)計(jì)算機(jī)可以監(jiān)控所有色譜在線 系統(tǒng)。四、本項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)

14、和工作原理1、油氣分離和自動(dòng)進(jìn)樣實(shí)現(xiàn)的原理變壓器油、氣分離技術(shù)是色譜在線關(guān)鍵技術(shù)。 由于色譜分析 不能直接分析油中溶解氣體，需把油中溶解氣體從油中脫出后才 能進(jìn)行色譜分析。目前國外色譜在線大多采用薄膜滲透法進(jìn)行脫 氣，即盡管方式較為簡單，但由于油不流動(dòng)死體積大、 滲透周期 較長（多達(dá)幾十小時(shí)），時(shí)間滯后，不能有效快速地反映設(shè)備故 障。而真空脫氣盡管脫氣效率高，但操作環(huán)節(jié)多、復(fù)雜，在現(xiàn)場 不易應(yīng)用，因此，我們經(jīng)過認(rèn)真比較和研究， 決定使用頂空色譜 原理技術(shù)。頂空色譜理論成熟，操作環(huán)節(jié)少，精度高，但計(jì)算和 對(duì)比試驗(yàn)工作量大，可通過計(jì)算機(jī)軟件很方便完成， 因此特別適 用現(xiàn)場在線使用。頂空色譜原理說明

15、，在一恒溫恒壓條件下的油樣與洗脫氣體 構(gòu)成的密閉系統(tǒng)，使油中溶解氣體在氣、液兩相達(dá)到分配平衡， 此時(shí)氣、液中同一組分的濃度比是一個(gè)常數(shù)： 奧斯特瓦爾德系數(shù)。 因此，平衡后測出氣樣的濃度就可以換算出原始油樣中溶解氣體 的濃度。根據(jù)頂空色譜原理，將定量的試油排入密閉的分離裝置， 通 入載氣，設(shè)定恒溫恒壓的工況，經(jīng)過一段時(shí)間后，氣、液就會(huì)達(dá) 到一種平衡狀態(tài)，頂部收集的氣體樣品跟隨載氣進(jìn)入色譜柱分 離，殘油從底部排出，同時(shí)對(duì)裝置進(jìn)行沖洗，防止本次分析對(duì)下 次分析有遺留影響。2、組分分離技術(shù)油氣分離得到的氣體樣品是混合氣，需要使用色譜柱分離， 當(dāng)氣樣中所含有的混合物經(jīng)過色譜柱時(shí)，就會(huì)與色譜柱中的固定相發(fā)

16、生相互作用。由于各組分在性質(zhì)與結(jié)構(gòu)上的不同，相互作用的大小強(qiáng)弱也有差異。因此在同一推動(dòng)力作用下不同組分在固定 相中的滯留時(shí)間有長有短，從而按先后不同的次序從固定相中流 出，實(shí)現(xiàn)了分離的目的。具體說，它是利用樣品中各組分在流動(dòng)相和固定相中吸附力 或溶解度不同，也就是說分配系數(shù)不同。當(dāng)兩相做相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)， 樣品各組分在兩相間進(jìn)行反復(fù)多次的分配：不同分配系數(shù)的組分在色譜柱中的運(yùn)動(dòng)速度就不同， 滯留時(shí)間也就不一樣。分配系數(shù)A+B色譜柱 檢測器H作站載氣上匚A+B二 B A小的組分會(huì)較快地流出色譜柱； 分配系數(shù)愈大的組分就愈易 滯留在固定相，流過色譜柱的速度較慢。 這樣，當(dāng)流經(jīng)一定的柱 長后，樣品中各組分

17、得到了分離。當(dāng)分離后的各個(gè)組分流出色譜 柱而進(jìn)入檢測器時(shí)，工作站就記錄出各個(gè)組分的色譜峰。上述色譜分離過程以AB二組分混合物的分離過程為例可用下圖從上到 下的四個(gè)階段進(jìn)一步說明。3、檢測器分離后的氣體濃度需要通過檢測器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，才能進(jìn)一步通過電子儀器測定。系統(tǒng)選用了高靈敏度的熱導(dǎo)檢測 器，它是根據(jù)不同物質(zhì)熱傳導(dǎo)系數(shù)的差別而設(shè)計(jì)的，不同物質(zhì)的熱傳導(dǎo)系數(shù)各不相同，因此它對(duì)有機(jī)、無機(jī)樣品均有響應(yīng)，實(shí)現(xiàn) 了七種組分全分析的功能。熱導(dǎo)檢測器中的主要元件是四個(gè)熱敏電阻組成的惠斯頓電橋，當(dāng)熱導(dǎo)檢測器中流經(jīng)的載氣成分和流量穩(wěn)定，熱導(dǎo)池池體溫度恒定時(shí)，熱敏電阻上產(chǎn) 生的熱能與通過載氣熱傳導(dǎo)到檢測器 池

18、體所失散的熱能相平衡。電橋電路 就處于平衡狀態(tài)，當(dāng)分離出來的組分 通過檢測器時(shí)，載氣成分發(fā)生了變化， 熱導(dǎo)系數(shù)相應(yīng)產(chǎn)生了差別，系統(tǒng)熱能 不再平衡，電阻溫度變化引起阻值變 化，造成電橋失衡，組分濃度的變化與熱敏電阻值的變化成正比， 因此電橋部平衡產(chǎn)生的信號(hào)輸出電信號(hào)反映了組分的濃度。相比同類檢測器，熱導(dǎo)檢測器只需要一路載氣， 元件和附屬 電路較簡單，通過物理變化熱傳導(dǎo)實(shí)現(xiàn)檢測， 具有壽命長，故障 率低、重復(fù)性好的特點(diǎn)。但普通熱導(dǎo)的電阻絲抗氧化性差，對(duì)載氣純度要求高，容易老化，我們通過大量的試驗(yàn)選用了合適的耐 氧化材料，允許使用空氣做載氣，解決了這一難題，使熱導(dǎo)檢測 器又具有了穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，是在

19、線檢測裝置的理想檢測器。4、譜圖分析和濃度計(jì)算根據(jù)檢測器輸出的電壓信號(hào)與時(shí)間的關(guān)系，可以繪制以時(shí)間為橫坐標(biāo)軸，以電壓值為縱坐標(biāo)軸的坐標(biāo)圖， 稱為色譜分析譜圖， 通過譜圖分析即可獲知?dú)鈽又懈鹘M分的濃度，再經(jīng)過換算即可得 到油中溶解氣體濃度。譜圖由基線和各組分形成的峰組成，組分hXi C？廣？Ki hsi峰的高度與其濃度存在系數(shù)關(guān)系，計(jì)算公式如下：式中：Xi油中溶解氣體i組分濃度，i代表一種組分，比如 C2H2Csi 標(biāo)準(zhǔn)氣中i組分濃度；h i 油樣中i組分的峰高；h is 標(biāo)樣中i組分的峰高；Ki i組分的校正因子。由公式可知，獲取油樣準(zhǔn)確的峰高是計(jì)算準(zhǔn)確的關(guān)鍵，如果峰高小于基線噪聲，肯定無法準(zhǔn)

20、確測量，因此，必須保證基線的 穩(wěn)定。氣路系統(tǒng)的壓力、流量和溫度的波動(dòng)是影響基線穩(wěn)定的主 要因素，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了多級(jí)氣路穩(wěn)壓和二級(jí)環(huán)境溫控，通過壓力傳忑 王 至 W 7- 4DO 015 血 130 US 處 0感器和流量傳感器進(jìn)行流速的監(jiān)控和反饋調(diào)整， 完全避開了 環(huán)境的影響，保證了基線較低的信號(hào)噪聲水平， 從而實(shí)現(xiàn)了較高 的靈敏度。5、氣源系統(tǒng)氣源系統(tǒng)為整個(gè)系統(tǒng)提供載氣。適用于色譜柱和檢測器的載 氣種類很多，系統(tǒng)采用高純氮?dú)庾鳛檩d氣， 采用壓縮的方法獲得 高壓氮?dú)?，相?duì)一些其他的高純氣體發(fā)生器，取材方便，技術(shù)更成熟，故障率低。6、主機(jī)控制系統(tǒng)主機(jī)控制系統(tǒng)包括溫控模塊、 檢測器電路、狀態(tài)檢測電路和

21、 無線通訊模塊等。溫拄模歡 無埋通訊開燒溫拄一 在裕溫J空一月兌氣溫控一耗導(dǎo)檢湎H碧-檢刷骷申略=T捽計(jì)算如L壓力傳扁一 溫度住磅一 迎皮傳題伏志檢測、油佳住商一 電誦傳感一溫控模塊現(xiàn)場的溫度狀況較惡劣，冬天可能到零下30 c以下，夏天太陽暴曬時(shí)可達(dá)到 40c以上，環(huán)境溫控模塊設(shè)計(jì)恒溫控器、工 業(yè)空調(diào)、風(fēng)機(jī)、控制電路和電源，將箱體環(huán)境控制在恒溫，解決 了 一些部件對(duì)溫度環(huán)境要求嚴(yán)格， 過低溫或過高溫?zé)o法工作的問 題，同時(shí)將電子元件的溫漂控制在很小的圍，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。柱箱溫控、脫氣溫控模塊為檢測器、色譜柱和油氣分離裝置 提供更精密的溫控，精度達(dá) 0.1 C。溫控精度是整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定工 作，取

22、得較高性能指標(biāo)的前提。我們采用了自反饋的溫控算法， 經(jīng)過大量的試驗(yàn)確定了相關(guān)的參數(shù)，從而保證了很高的溫控精 度。二級(jí)溫控的設(shè)計(jì)使第二級(jí)溫控 （精密溫控）所處的環(huán)境不受 現(xiàn)場環(huán)境的影響，從而保證了算法所處環(huán)境的完美再現(xiàn)，保證了算法的健壯性。檢測器電路包括檢測器電源和檢測信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換兩部分。電源選用了高精密恒流源，當(dāng)電橋上熱敏電阻的阻值發(fā)生變化后，電源自動(dòng)調(diào)整電壓，保證電橋的電流恒定不變， 它相對(duì)于一般的恒壓源， 同 樣的阻值變化具有更大的電壓變化， 從而提高了靈敏度；模數(shù)轉(zhuǎn) 換采用了最先進(jìn)的 AD轉(zhuǎn)換芯片，置濾波電路，保證了足夠的信 號(hào)的轉(zhuǎn)換精度。狀態(tài)檢測狀態(tài)檢測通過安裝在箱體的各類傳感器監(jiān)控系

23、統(tǒng)的運(yùn)行狀 態(tài)，狀態(tài)信息可以通過無線模塊傳到系統(tǒng)的維護(hù)中心。通過全方位的狀態(tài)監(jiān)控，如果存在問題，可以及時(shí)的進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)調(diào)整； 如果出現(xiàn)故障可以實(shí)施迅速的維修，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的狀態(tài)維護(hù)，同時(shí)也杜絕了系統(tǒng)誤報(bào)警的可能性。無線通訊系統(tǒng)無線通訊系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程監(jiān)視和測量及控制功能，一般的通訊方式是在現(xiàn)場主機(jī)和現(xiàn)場控制室之間鋪設(shè)電纜，在控制室的計(jì)算機(jī)上安裝控制軟件，用戶需要到現(xiàn)場查詢分析結(jié)果， 我們采用 無線通訊不占用戶的任何通信資源，借用GPR的絡(luò)通訊資源，可快速接入數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。它在移動(dòng)終端和網(wǎng)絡(luò)之間實(shí)現(xiàn)了 “永遠(yuǎn)在 線”的連接。利用GPRSI以傳輸數(shù)據(jù)量較大的譜圖、 系統(tǒng)工況 等，進(jìn)行儀器監(jiān)控、狀態(tài)維護(hù)非常方

24、便，必要時(shí)，數(shù)據(jù)還可以直 接發(fā)到用戶的手機(jī)上，第一時(shí)間獲得分析結(jié)果。具有穩(wěn)定可靠性 好，適用圍廣等特點(diǎn)。7、監(jiān)控工作站監(jiān)控工作站安裝在用戶試驗(yàn)室的計(jì)算機(jī)上，具有收集數(shù)據(jù)、監(jiān)控主機(jī)和故障診斷的功能。監(jiān)控工作站打開后的界面如圖， 左邊是設(shè)備信息，選擇不同007-7- r-dr j ill-1!.JLlJ E ;5.二 H.i- -： & 7 r L IgT-tr ： hl i ”3 十.1.41 七IQI-k 芯：可1 JUU 上：.1 III 1 #.二。；! I, 1心 ：!.加 Hir in.11.1 J -6-1S 曲:1二二 U門：IB 口皿1 JLlJ-e-17 SK m iUi-，

25、- PL -：H 31虬丸EK w 24. 7 凡導(dǎo) EQ, E 34. CZ4. Q Hh? 上比R Zd.l ze. 9 *Ct Z4. B 叫霖 23.言 加J 33. 6 部胃sa-i15rtl一.j 4；! L J?9 . M “4并仃 加.13押，N Z9.C4 ?f.2*. 5 Zko T3. t 2J. M銖家H 立Z1* K3 丸93 供QB ft. 35 瞋/ Q6 0 13 丸DSSL 99 t. 11 硒 T0口工才22： ”12. 119 liK2.13 m1呢 11 ： 工怩 li 172. QT.0 r1軸9 3E與羽， 4 3T 0.-34以3T *X d 38

26、-1 r. 2H 9l 199 2T L359 Z-J 呆03的設(shè)備可以查詢相應(yīng)設(shè)備的數(shù)據(jù)，下方是數(shù)據(jù)的“詳細(xì)列表”，按日期排序，上方是軟件的功能鍵，中部的曲線圖是各組分的趨 勢圖，可以顯示單一組分或多個(gè)組分的長時(shí)期的變化趨勢，根據(jù)需要可以放大，顯示特定日期的組分濃度數(shù)據(jù)變化情況。工作站的專家故障診斷系統(tǒng)采用了國標(biāo)推薦的以下幾種故 障診斷方法。（1）氣體濃度達(dá)到注意值時(shí)報(bào)警，應(yīng)進(jìn)行追蹤分析，查明 原因。（注意值不是劃分設(shè)備有無故障的唯一標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)視設(shè)備的 具體情況而定）。油中溶解氣體含量的注意值設(shè)備氣體組分含量330kV及以上220kV及以上變壓器總j&150150和乙快1r 5電抗器氫1501

27、50注：導(dǎo)則所指總煌是指甲烷（簡稱C1）、乙烷、乙烯、乙烘（以上三者統(tǒng)稱為C2）四種氣體的總和，可簡寫為 C1+C2（2）、產(chǎn)氣速率的計(jì)算實(shí)踐證明，僅僅依靠分析結(jié)果的絕對(duì)值是很難對(duì)故障的嚴(yán)重 程度作出正確判斷的。必須根據(jù)產(chǎn)氣速率的考察來診斷故障的發(fā) 展趨勢。產(chǎn)氣速率是與故障所消耗的能量大小、故障部位、故障性質(zhì)和故障點(diǎn)的溫度等情況有直接關(guān)系的。因此，計(jì)算故障產(chǎn)氣速率，即可以進(jìn)一步明確設(shè)備部有無故障，又可以對(duì)故障的嚴(yán)重性做出初步估計(jì)。導(dǎo)則推薦下列兩種方式中的任何一種來表示產(chǎn)氣速率。絕對(duì)產(chǎn)氣速率：即每個(gè)運(yùn)行小時(shí)產(chǎn)生某種氣體毫升數(shù)的平 均值。單位為毫升/小時(shí)。計(jì)算方法：Ra=(Ci2-Ci1)/At

28、XG/do式中：Ra絕對(duì)產(chǎn)氣速率，ml/h;Ci2第二次取樣測得油中氣體組分(i)含量，以L/LCil第一次取樣測得油中氣體組分 含量，HL/L；At 二次取樣時(shí)間間隔中實(shí)際運(yùn)行時(shí)間，d；G -設(shè)備總油量； d油的密度(t /m3)。相對(duì)產(chǎn)氣速率：即每月某種氣體含量增加原有值的百 分?jǐn)?shù)的平均值，單位為/月。計(jì)算方祛：Rr =(Ci2 - Cil) /Cil /At x 100%式中：Rr 一相對(duì)產(chǎn)氣速率(/月)Ci2 一第二次取樣測得油中某氣體含量 (以L/ L);Cil 第一 次取樣測得油中某 氣體含量(L/L); t 一兩次 取樣時(shí)間間隔中的 實(shí)際運(yùn)行時(shí)間(月)。 注：導(dǎo)則推薦變 壓器和電

29、抗器總?cè)?產(chǎn)氣速率的注意值 如表所75。如果以相 對(duì)產(chǎn)氣速率來判斷 設(shè)備部狀況，則總嫌的相對(duì)產(chǎn)氣速率大于10%/月時(shí)應(yīng)引起注意。（3）、三比值法當(dāng)各組分含量或產(chǎn)氣速率超過注意值，利用改良三比值法進(jìn)行故障判斷才有意義。改良三比值法是利用特征氣體的三個(gè)比值進(jìn)行編碼，故障判斷方法和編碼方法見下表。編碼規(guī)則氣體 比值圍比值圍的編碼C2H2/C2H4CH4/H2C2H4/C2H60.1 11000.1 3222故障類型診斷編碼組合故障類型診斷故障實(shí)例參考C2H2/C2H4CH4/H2C2H4/C2 H6010局部放電高濕度，高含氣量引起油 中低能量密度的局部放電001低溫過熱（150 度絕緣導(dǎo)體過熱，注

30、意COCO2含量及CO/CO2匕值020低溫過熱150-300 度分接開關(guān)接觸不良，引線 夾件螺絲松動(dòng)或接頭焊接不 良，渦流引起銅過熱，鐵芯漏 磁，局部短路和層間絕緣不 良，鐵芯多點(diǎn)接地等。021中溫過熱300-700 度00,1, 22高溫過熱（700 度）20, 10 12火花放電引線對(duì)電位未固定的部 件之間連續(xù)火花放電，分接頭 引線間油隙閃絡(luò)，/、同電位之 間的油中火花放電等。220 1 2火花放電兼過熱10, 101 2電弧放電線圈匝、層間短路，相間 閃絡(luò)，分接頭引線油隙閃絡(luò)， 引線對(duì)箱殼放電，線圈斷線， 引線對(duì)其它接地體溫表放電， 分接開關(guān)飛弧，環(huán)電流引起電 弧等。120 1 2電弧

31、放電兼過熱也可能是由于進(jìn)水對(duì)鐵腐蝕而產(chǎn)生高含量的氫，這時(shí) 有必要測定油中的含水量。下圖是工作站計(jì)算三比值的窗口：而咫門網(wǎng)-被C2H6比倩 1 .口 ?|故,岸生型|申那/市E ,引,就地富 ，泊：線 障網(wǎng)電可 總發(fā)抽飛、. 同0F關(guān)引等 =尹K箱開蜜費(fèi) 可善介引*(4)工作站還可以通過立方圖和三角形進(jìn)行故障判斷。(5)報(bào)告打印和數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能工作站可以按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的報(bào) 告格式打印分析數(shù)據(jù)，也可以將數(shù)據(jù) 導(dǎo)出到Word Excel中，利用其強(qiáng)大 的文檔編輯功能進(jìn)行打印和數(shù)據(jù)處 理。grrm打平格式廣制t格式廣植式*a士1曲黃：Woi晶型真數(shù)據(jù)導(dǎo)出|M03-7-4 網(wǎng)4二Q導(dǎo)出時(shí)同的內(nèi)苕斑日出金部

32、數(shù)西其閉8、關(guān)于儀器校驗(yàn)和維護(hù)在線色譜是一個(gè)檢測裝置，對(duì)運(yùn)行中設(shè)備校驗(yàn)和維護(hù)工作起 著重要的作用。 目前，國外色譜在線都對(duì)后期校驗(yàn)和維護(hù)工作 重視不夠，一般是設(shè)備有問題或停運(yùn)時(shí)， 廠家才去維護(hù)，影響正 常使用。另外對(duì)儀器不作校驗(yàn)，往往造成數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，與試驗(yàn)室 可比性差。因此，我們把儀器校驗(yàn)及維護(hù)工作認(rèn)真進(jìn)行設(shè)計(jì)。方案如下：儀器置標(biāo)氣定期自動(dòng)校驗(yàn)，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；儀器整個(gè)系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，方便維護(hù)；儀器設(shè)計(jì)自診斷功能，系統(tǒng)實(shí)行狀態(tài)維護(hù)，具有很高的智 能性。五、指標(biāo)驗(yàn)證1、最小檢測濃度組分的濃度與譜圖中該組分峰的高度存在正比關(guān)系， 可準(zhǔn)確 測量的峰高必須大于基線噪聲（10 V）,因此，一般以

33、20 V 作為可準(zhǔn)確測量的最小峰高。計(jì)算公式如下：Mi 20H式中：Mi:最小檢測濃度；L :試油濃度；H :峰高。下表為一標(biāo)準(zhǔn)油樣的濃度、峰高和理論最小檢測濃度H2COCH4CO2C2H4C2H6C2H2峰高（mV）6.9112.680.9131.7403.3951.7330.602試油濃度83.0854.7244.771839.2670.0274.9913.49最小0.240.410.9821.140.410.870.45檢測濃度從表中可以看出，各組分的理論最小檢測濃度都非常低，考慮到基線的異常波動(dòng)和系統(tǒng)的老化，本系統(tǒng)能夠在長期達(dá)到本報(bào) 告第五項(xiàng)所列的最小檢測濃度指標(biāo)。2、重復(fù)性下表是同一

34、油樣連續(xù)分析六次的各組分峰高數(shù)據(jù)，由于峰高與濃度存在線性關(guān)系，因此峰高的重復(fù)性表征了各組分的分析重 復(fù)性。油樣1單位：mVH2COCH4CO2C2H4C2H6C2H2A次10.0671.1710.4170.0431.7080.5760.354第二次10.4561.1560.4470.0431.7040.5360.351第三次10.4331.1950.4480.1.7210.540.357第四次10.5991.1960.4450.051.7310.5830.359第五次10.3931.2470.3980.0471.7330.5550.362第六次10.7981.2530.4190.1.7440.

35、5590.362重復(fù)性3.74%4.16%7.23%8.70%1.19%4.45%1.82%油樣2單位：mVH2COCH4CO2C2H4C2H6C2H2A次4.8651.2640.4680.1582.2580.8651.459第二次4.9411.2780.4430.1572.2910.8611.466第三次4.9841.2830.4420.1752.2950.8471.466第四次4.9781.2620.4190.1662.3490.8551.483第五次4.9741.3360.4580.1592.350.8931.498第六次4.8671.3540.4620.1592.4040.8821.4

36、89重復(fù)性1.42%4.46%6.61%7.80%3.42%2.98%1.43%油樣3單位：mVH2COCH4CO2C2H4C2H6C2H2A次14.1042.7780.8440.224.8751.7862.084第二次14.1082.810.8710.2075.1.8792.098第三次13.7852.8060.8420.2344.8891.7812.第四次13.9992.7830.7840.2284.7971.7382.047第五次14.9972.9030.820.2184.9351.7912.06第六次14.4022.8640.7820.2264.9161.8132.067重復(fù)性5.37

37、%2.80%5.73%6.83%2.52%4.51%1.48%系統(tǒng)兩次測定值之差均小于平均值的 10%符合國標(biāo)對(duì)重復(fù) 性的要求。3、再現(xiàn)性以下數(shù)據(jù)為六個(gè)油樣分別在“色譜在線”和試驗(yàn)室進(jìn)行分析 的結(jié)果。注：試驗(yàn)室使用中分2000氣相色譜儀和中分1081振蕩儀。 數(shù)據(jù)計(jì)算以試驗(yàn)室結(jié)果為基準(zhǔn)。油樣1H2COCH4CO2C2H4C2H6C2H2在線結(jié)果65.21115.825.75269041.0931.783.12中分200067.39111.6924.39273.5542.3533.133.72再現(xiàn)性3.23%3.68%5.58%1.66%2.98%4.07%16.13%油樣2H2COCH4CO2

38、C2H4C2H6C2H2在線結(jié)果50.14252.040.69598067.6719.063.03中分200052.15248.738.056045.0371.5521.993.56再現(xiàn)性3.85%1.33%6.94%1.08%5.42%13.32%14.89%油樣3H2COCH4CO2C2H4C2H6C2H2在線結(jié)果42.56340.051.06449064.3523.393.8中分200044.36336.9647.54471.4568.5326.64.01再現(xiàn)性4.06%0.90%7.49%0.41%6.10%12.07%5.24%油樣4H2COCH4CO2C2H4C2H6C2H2在線結(jié)

39、果104.6587.760.53580092.8550.065.82中分2000114.28567.9061.825459.195.9545.636.36再現(xiàn)性8.47%3.49%2.09%6.24%3.23%9.71%8.49%油樣5H2COCH4CO2C2H4C2H6C2H2在線結(jié)果42.56340.051.06449064.3523.393.8中分200044.36336.9647.54471.4568.5326.64.01再現(xiàn)性4.06%0.90%7.49%0.41%6.10%12.07%5.24%以上再現(xiàn)性數(shù)據(jù)在油中溶解氣體濃度大于10 L/L時(shí)，均小于15%小于或等于10L/L時(shí)，

40、均小于30%符合國標(biāo)的要求。六、技術(shù)指標(biāo)1、標(biāo) 定：狀態(tài)標(biāo)定；2、監(jiān)測周期：2小時(shí)以上可任意設(shè)定；3、環(huán)境溫度：一40c55C；4、濕 度：595%5、檢測組分：H2、CO CO2 CH4 C2H4 C2H6 C2H26、最小檢測濃度：單位：L/L組分H2COCO2CH4C2H4C2H6C2H2最小檢測濃度15251110.57、檢測量程：單位：l L/L組分H2COCO2CH4C2H4C2H6C2H2量程1000010000251000001 20001 20001 20000.520008、重復(fù)性:組分H2COCO2CH4C2H4C2H6C2H2重復(fù)性6%5%10%8%5%5%2%9、 基

41、線噪聲：151 V;10、基線漂移：0.15mV/15min；11、功率：1.5KW12、外型尺寸：840 X 580X450。七、系統(tǒng)開發(fā)的主要容本項(xiàng)目利用動(dòng)態(tài)頂空脫氣技術(shù)， 采用色譜分析原理，通過高 靈敏度微熱導(dǎo)檢測器實(shí)現(xiàn)變壓器油中七種組分檢測，具有檢測靈敏度高、分析周期短 一和試驗(yàn)室數(shù)據(jù)具有可比性的特點(diǎn)。項(xiàng)目 采用的頂空脫氣技術(shù)、色譜分析技術(shù)和熱導(dǎo)檢測器，均為 GB/T 17623-1998絕緣油中溶解氣體組分含量的氣相色譜測定法 推薦的分析方法，核心技術(shù)與試驗(yàn)室色譜完全一致，因此完全符合國標(biāo)要求，數(shù)據(jù)與試驗(yàn)室色譜分析結(jié)果具有可比性。項(xiàng)目研究的詳細(xì)容包括：1、油氣分離和自動(dòng)進(jìn)樣的實(shí)現(xiàn)變壓

42、器油氣分離技術(shù)是色譜在線關(guān)鍵技術(shù)。由于色譜分析不能直接分析油中溶解氣體，需把油中溶解氣體從油中脫出后才能 進(jìn)行色譜分析。目前國外色譜在線大多采用薄膜滲透法進(jìn)行脫 氣，盡管方式較為簡單，但由于油不流動(dòng)死體積大、 滲透平衡周 期長（多達(dá)十幾到幾十小時(shí)），不能快速有效的反映設(shè)備故障。 而真空脫氣盡管脫氣效率高，但操作環(huán)節(jié)多、復(fù)雜。因此，我們 經(jīng)過認(rèn)真比較和研究，決定使用動(dòng)態(tài)頂空脫氣原理技術(shù)。 具優(yōu)點(diǎn) 是頂空色譜理論成熟，操作環(huán)節(jié)少，精度高，重復(fù)性好，雖然計(jì) 算和對(duì)比試驗(yàn)工作量大，但可通過計(jì)算機(jī)軟件很方便完成，因此特別適用現(xiàn)場在線使用。2、組分的分離和檢測的實(shí)現(xiàn)油氣分離得到的氣體樣品是混合氣，需要使用

43、色譜柱分離， 當(dāng)混合氣經(jīng)過色譜柱時(shí)，會(huì)按先后不同的次序從色譜柱中流出， 通過檢測器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，信號(hào)被采集后形成色譜圖，電信號(hào)的大小與被測組分的濃度成正比。對(duì)油中混合氣體分離是色譜在線的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，它影響到組分定性和定量測量及分析結(jié)果。通過大量試驗(yàn)和反復(fù)驗(yàn)證，研 制出復(fù)合式色譜柱，具有耐油性好、抗氧化、能夠完全分離七種 組分的優(yōu)良特性。該系統(tǒng)選用了高靈敏度的熱導(dǎo)型檢測器，相比其它檢測器， 它只需要一路載氣，具有故障率低、重復(fù)性好的特點(diǎn)。但普通熱 導(dǎo)檢測器存在靈敏度低、 抗氧化性差，容易老化等缺點(diǎn)。我們與 合作方進(jìn)行了專項(xiàng)科研攻關(guān)，通過大量的試驗(yàn)選用了合適的抗氧 化材料作元件，使熱導(dǎo)檢測

44、器具有靈敏度高、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)， 成為在線檢測裝置的理想檢測器。實(shí)現(xiàn)了七種組分全分析的功 能。解決了這一難題使我們色譜在線整體技術(shù)水平大大提高。色譜柱和檢測器是整個(gè)系統(tǒng)的核心，為了使之處于最佳的工作狀態(tài)，需要穩(wěn)定的壓力、流量和溫度，系統(tǒng)設(shè)計(jì)二級(jí)溫控系統(tǒng)， 完全避開了環(huán)境的影響， 保證了分析的重復(fù)性、 穩(wěn)定性。整個(gè)系 統(tǒng)具有較低的信號(hào)噪聲，從而實(shí)現(xiàn)了較高的靈敏度。3、主機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)主機(jī)控制系統(tǒng)包括溫控模塊、電源、檢測器電路、狀態(tài)檢測 電路、工控計(jì)算機(jī)。溫控模塊現(xiàn)場的溫度狀況較惡劣，冬天可能到 -30 C以下，夏天太陽 暴曬時(shí)可達(dá)到 50 c以上，環(huán)境溫控模塊設(shè)計(jì)恒溫控制器、工業(yè) 空調(diào)、風(fēng)機(jī)，將箱體環(huán)境控制在某一恒定溫度，解決了一些部件對(duì)溫度環(huán)境要求嚴(yán)格、過低溫或過高溫?zé)o法工作的問題，同時(shí)將電子元件的溫漂控制在很小的圍，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。電源電源選用了軍品級(jí)線性電源，可以保證在零下-40 C正常工作。狀態(tài)檢測通過安裝各類傳感器監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)， 狀態(tài)信息可以通 過無線模塊傳到系統(tǒng)的維護(hù)中心， 通過全方位的狀態(tài)監(jiān)控， 可以 及時(shí)的進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)調(diào)整， 實(shí)施迅速的維修，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的狀態(tài) 維護(hù)，同時(shí)也杜絕了系統(tǒng)