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变压器油色谱在线监测装置技术

近几年,国内外各类电力设备在线监测产品推陈出新,但都存在不同的缺点,比如监测不灵敏、购置费用高、较大的人为误差,且实验持续时间较长等,变压器的运行状态的实时监测实现起来较为困难,在运行环节中积累的误差也会影响最终结果.本文在对变压器油中多种可溶气体的在线监测的基础进一步分析,通过详细的理论分析和大量的实验,提出了电力变压器油中气体分析在线监测设备的基本结构,并对气体的分离,检测,控制、处理等关键技术分析,提出了解决方案.

１油色谱在线监测基本原理

综合比较国内外现有变压器油气体在线监测的设备,进一步得到变压器油中气体成分分析在线检测设备的原理框图（见图1）.

测量启动时,控制装置首先启动气体分离阀门,延时一段时间,自动从阀门中注入样本气体,同一时间采样电路运行、完成测量.结束后,自动关闭阀门和温度控制、机器待机.这一系列指令由ＣＰＵ发出,继电器控制,保证设备装置的响应速度.变压器油中气体在线检测设备的主要内容包括：油气分离单元；气体检测单元；控制、处理及诊断单元.

２在线监测装置关键技术研究

２．１油气分离单元原理

变压器油主要由碳氢化合物组成,当变压器中有故障发生时,由于故障发生的位置,持续时间,故障程度的不同,产生的故障气体成分也不同.气体在不同的外部条件下会达到动态平衡,分离混合气体的成分,显得尤为重要.油气分离单元见图２.

选择合理渗透系数的高分子膜,可以有效实现油气分离,实际生产中,往往选对气体分子有较大渗透系数的高分子膜.常用的油中气体监测设备包括气体的分离和检测部分.分离部分采用Ｆ４６膜和厚度和孔径均为２ｍｍ的多孔不锈钢板.检测部分见图３.气室和传感器室待机时处于隔离状态,传感器室与大气为连通状态,保证设备正常工作,气敏元件长时间带电.当需要检测气室中气体时,电磁阀启动将传感器室与气室连通,同时与大气断开连接,为保证检测的定时性,需要使电磁阀有一定时间间隔进行开闭动作.

预留较长的渗透时间,保证气室中的气体渗透达到动态平衡,浓度趋于稳定.得到如图４所示的油中气体浓度与时间关系.系统采用透气性能相对较好的Ｆ４６膜为变压器在线检测的油气分离膜.图４是在温度为５００℃的变压器中气体渗透时间与浓度的关系图.

２．２气体检测单元原理

空气泵开始运转,此时气室与油中气体达到动态平衡,测量管和气体流通路径接通,控制恒温箱中的温度到检测合适的温度.气体进入色谱柱之后以Ｈ２、ＣＯ、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ２Ｈ６的顺序依次接触传感头,经过辅助电路放大,以电信号输出.ＭＱ型系列气体传感器根据金属半导体吸附气体时,电导率和功率函数的变化,ＭＱ型系列气体中的Ｈ２,ＣＯ传检测特性如图５（ａ）（ｂ）所示.

从图５可得,虽然不同气体传感单元对各自监测气体的灵敏度较高,但面临交叉敏感问题,在气体特性相近时尤为严重.多年来的研究结果显示,仅依靠提高单个传感器的选择性是困难的,发展气体传感器的阵列技术是一个比较可行的解决途径.

２．３控制处理单元

微机处理、控制和诊断单元主要包括由采样模块、通讯模块、计算机、显示等部分.

对信号进行放大、分压,随后进行下一步的滤波,原理图如图６所示,双Ｔ滤波器的频率响应为：

H（jω）等于■等于■

当ω＝１／ＲＣ时,Ｕ０＝０,若选截至频率为５０ＨＺ,则根据ｆ＝１／２πＲＣ可得ＲＣ值,选择不同的截至频率是通过改变不同的ＲＣ值得到的.

３结论

（１）根据测量原理,构建了一套适合变压器油中气体在线监测的系统框架,分析认为其关键技术主要是油气分离单元中高分子聚合分离膜的选择,气体检测单元中气敏传感器的选择及变压器有效的故障诊断.

（２）通过分析高分子分离膜的结构和透气性能,提出应用聚四氟乙烯、六氟乙烯混合膜Ｆ４６膜分离油中溶解气体.

（３）通过对气体传感器的结构特点和检测原理的分析,研制成功ＭＱ型系列传感器.实例证明了ＭＱ型系列传感器对变压器油溶解气体有较高的灵敏性.

（４）通过理论和实践分析得出ＭＱ型系列传感器对六种气体同样存在交叉敏感的问题.提出采取传感器的阵列技术来辨别和检测六种溶解气体,实践证明了可以有效避免交叉敏感的问题.

参考文献