变压器油中溶解气在线监测综述.docx
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1、-变压器油中溶解气体在线监测综述长沙理工大学 化学与生物工程学院 应用化学专业)摘 要 变压器油中溶解气体的分析是猎取变压器运行状态信息的重要手段之一。本文综述了国内外变压器油中溶解气体在线监测技术的现状,提出了目前存在的问题及今后的进展趋 势。关键词 电力变压器 变压器油 溶解气体分析 在线监测 进展趋势电力变压器在电力系统中属于最重要和最昂贵的设备之列,同时也是导致电力系统事故最多的设备之一。其运行状态的好坏直接关系着电力系统的安全,稳定运行,因而如何准时,准确地检测出电力变压器的早期埋伏性故障就显得格外重要。为确保变压器的安全运行,很多国家争论了多种技术来监测和诊断变压器故障。其中变压器
2、油中溶解气离线色谱分析法因其能够在变压器运行过程中进展, 不受外界电场和磁场的影响,而且可以觉察设备中一些用局部放电法所不能觉察的缺陷(如局部性过热等,故得到了广泛认可。但近几年,因离线监测试验环节较多,操作手续较繁,检测周期较长,而且难以觉察类似匝间绝缘缺陷等故障。因而国内外都已致力于在线色谱监测装置的研制,以实现连续监测,准时觉察故障。下面从在线监测方法类别及其典型的监测仪器作介绍。一、争论现状1、在线监测技术方法类别在线监测技术主要依据脱气原理不同,检测的气体不同可分为两类,单组份气体在线检测技术和多组分气体在线检测技术。1.1 单组份气体在线检测技术-最主要的特征是在线监测变压器油中如
3、:2、C H、微水等某一特征气体组分含量或以它为主的混合气体浓度,不进展气体组分分别而直接测量气体体积分数。又可细分为:(测量可燃性气体总量可燃性气体总量指2、CO 和各种气态烃类含量的总和。这类装置以日本三菱电力公司 TCG 检测装置为代表,只给出可燃性气体的总量,不能给出某一组分的单独含量。大连地区 220kV 及以上变压器安装的加拿大HDRA 21早期故障在线装置,监测 4 种主要故障气体H2、CO、C H4、CH2的总和,当气体数值偏离基线值,设备提示不同程度的报警,从而实行适当维护措施,这一点正符合状态修理的原则。()测量单一 H2 组分当设备内部存在局部过热或局部放电时,所产生的分
4、解气体大多都含有氢气,-它是电力变压器内部气体各组成中最早发生变化的气体。目前国内现场已安装的此类装置以加拿大YROTC 公司的HYDRA产品为主,通过燃料电池传感器采集信号输出。这种仪器构造简洁,适合在现场作故障的初步诊断 ,需进一步作色谱分析才能确定故障。1. 多组分气体在线检测技术最主要的特征是先对电力变压器油中溶解气体进展油气分别,再对利于诊断电力变压器故障的多种气体进展组分分别和检测。国外美国 AO 公司的 TreGas 变压器油中气体在线监测设备可监测多达八种气体,是目前检测气体种类较多的装置。澳大利亚的 DRC变压器在线监测系统可持续、在线、多方位监测变压器的工作状态 ,主要监测
5、对象包括溶解在油中的氢气、水、绕组温度、调压抽头位置等参数。国内研制的同类产品有宁波理工监测设备推出的 TRAB 型变压器故障在线监测设备,重庆大学研制的在线变压器故障推测系统能够在线监测油中 H、CO、C4、C H 、C2H4、C26 等 6 种气体的浓度,并承受灰色聚类、糊模式多层聚类、核可能性聚类等多种算法推测油中溶解气体在将来时刻的浓度并诊断变压器在将来时刻的绝缘状况。这一类仪器相当于在现场建立了色谱工作站,但原理和流程由于现场的特定条件同试验室的色谱试验存在肯定差异。2、变压器油中溶解气在线监测的关键技术2. 变压器油中溶解气在线监测的根本原理变压器油中溶解气体在线监测装置的原理如图
6、 1 所示。变压器本体油经循环进入脱气装置,经过油气分别装置分别出油中的溶解气体,分别后的油流回变压器油箱或者被收集到废油箱内。油气分别后,依据气体检测单元的需要进展气体分别,处理后的气体由检测器检测并转换为与气体浓度成正比的电信号,经模数转换后将气体的组分与浓度信息存储在掌握主机的存储器内,供就地分析或远程调用。这其中的关键技术就是油气分别及气体检测。-2.2 现场油气分别技术变压器油中溶解气体在线监测装置常用的油气分别技术是薄膜渗透法、抽真空取气法和顶空分别法。()薄膜渗透法该方法利用某些高分子薄膜(如聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚六氟乙烯、氟硅橡胶等的透气性,让油中所溶解的气体经薄膜透析到气室
7、里,当渗透时间相当长后,透析到气室的气体浓度将到达动态平衡 ,分析气相组分的含量,依据道尔顿亨利定律就可计算出油中气体的浓度。此方法比固定型色谱仪的脱气方法简洁,但要留意塑料薄膜与变压器油长期接触后的老化问题,特别是安装在变压器油箱底部的半透性薄膜,它还要长期地承受很大的油压,因此要求高分子薄膜必需要具有肯定的机械强度以及耐油、耐高温的特性。国外有的在薄膜外侧掩盖以打有细孔的约 0.5m 厚的金属层予以补强。上海交通大学肖登明等研制了带微孔的聚四氟乙烯膜,大大提高膜对特征气体的渗透性能。承受聚四氟乙烯高分子薄膜一般的透气平衡时间为 7h,假设承受带微孔的高分子薄膜平衡时间可提高到 24h。加拿
8、大 Morgan chffer 公司研制的 GPl0 承受了聚四氟乙烯尼龙管束, 尼龙管束由聚四氟乙烯多层缠绕尼龙管束褶皱 ,很小面积内油接触面积大大增加,使透气性能大大改善。(2)抽真空取气法依据产生真空的方式不同,抽真空取气又可以分为两种形式:波浪管法和真空泵法。前者使用利用小型电机带动波浪管反复压缩,屡次抽真空 ,将油中溶解气体抽出来。后者使用真空泵抽真空来抽取油中溶解气体,废油仍回到变压器油箱。上海思源电气股份的 TROM-600 变压器油色谱在线监测系统就是承受了真空泵法。另外还有真空鼓泡式分别技术,其根本做法是在恒温状态下,将油气分别装置抽为真空,然后将油样导入脱气装置,从油中析出
9、气体在气泵的作用下对油样进展鼓泡,待液相油中气体浓度与气相浓度到达溶解平衡时,停顿鼓泡。该方法的优点是脱气率高、重复性好,不污染变压器油,油气分别速度快,可实现连续脱气。()顶空分别法依据顶空的方式不同,又可分为静态顶空式和动态顶空式。静态顶空式主要原理是利用波浪管的不断往复运动,将变压器油中的气体快速的脱出,具有效率高、莺复性好的优点。并且承受循环取油方式,油样具有代表性。但由于顶空方式的油样与气样之间没有隔离,脱出的气样中会含有少量的油蒸汽,从而造成对色谱柱的污染,降低色谱柱的使用寿命。且波浪管的寿命有限, 同时由于波浪管的磨损,对变压器油存在肯定程度的污染。动态顶空式主要原理是以载气在色
10、谱柱之前往油中通气,将油中溶解气体置换出来,送入检测器检测,依据油中各组分气体的排出率调整气体的响应系数来定量。这种方式脱气速度较快,但由于要不断通入载气,不能使用循环油样,以免载气进入变压器本体油箱,因此油样代表性差。另外,在脱气完毕后,必需把油样放掉,这样每次检测必定消耗少量的变压器油。2.3 混合油气分别和检测技术-混合气体的分别和检测主要有单组分气体检测和多组分气体的分别和检 测。单组分气体的检测主要是对氢气和可燃总烃进展的检测,利用渗透膜进展油气分别,常用的氢气检测器主要有钯栅极场效应管、催化燃烧型传感器和燃料电池。多组分气体检测器主要有热导检测器、阵列式气敏传感器法、半导体气敏传感
11、器、红外光谱技术和光谱声谱技术。.1 单组份气体的检测(1) 钯栅场效应管检测器钯栅场效应管利用钯栅场效应管作为传感器的仪器,首先是由北京供电局等七省市有关部门联合研制,北京电子管厂生产的 BGY 型变压器氢气在线监测仪。钯栅场效应管对氢具有独特的选择性,根本不受其它气体组分的干扰。但实际运行觉察,这种把栅场效应管存在严峻缺点:一是寿命不够长,一般为一年多;二是零漂严峻,要常常调整,而且屡次消灭误报警。(2) 催化燃烧型检测器催化燃烧型传感器的根本原理是在一根铂丝上涂上燃烧型催化剂 ,在另一根铂丝上涂上惰性气体层,组成阻值相等的一对元件,由这一对元件和加外两个固定电阻组成桥式检测回路。在肯定的
12、桥流温度)下,当它与可燃气体接触时, 一个铂丝发生无烟燃烧反响,发热,其阻值发生变化 ,另一铂丝不燃烧,阻值不变,使原来平衡的电桥失去平衡,输出一个电信号,该信号与可燃气体浓度成线性关系。中国电力科学争论院利用这种传感器研制了变压器油中溶解氢气在线监测仪。它的特点是:选择性好、反响准确、稳定性好、能够定量检测、不易产生误报、掌握牢靠、寿命三年左右。(3) 燃料电池型传感器燃料电池是一种将贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的一种发电装置。这种传感器己批量生产了携带式3B 型和在线式 ZOR 型两种类型的氢气检测仪,加拿大Syproe公司生产的HDRAN H21/i 电力变压器早期故障在线
13、监测装置,是一种将变压器油中的溶解气体经可选择性的渗透膜一聚四氟乙烯膜进入燃料电池型传感器内,并在传感器内将油中析出的 H2、C、2H2、C2H4 等气体与空气中的 进展化学反响,从而产生一个与反响量成比例的电信号,能够实时在线测量气体浓度变化数值的装置。主要监测油中小分子气体氢气及少量一氧化碳、乙炔、微量乙烯等气体的综合体积分数及其时、日变化趋势,以推断变压器的运行状态。2. . 多组分气体的分别和检测技术气体组分的检测主要由气敏传感器和检测室组成。目前用于变压器故障特征气体组分检测的传感器主要有热导检测器(TCD)、阵列式气敏传感器法、半导体气敏传感器、红外光谱技术和光谱声谱技术。(1)
14、热导检测器TCD)TCD 的原理是基于不同物质具有不同的热导系数,通过发热电阻丝时热量(每小时的发热量)损失的比率,即可用来量度气体的组分和质量。TCD 最大的缺乏就是检出限不够,依据 G/252201变压器油中溶解气体分析和推断导则对乙炔的最低检出限为 0.1 X106,即使承受高纯的氦气做载气,TCD 也达不到这个要求。因此通常的做法是对故障气体承受了富集技术。河南中分的中分00 系统承受 N 作载气,样品组分经过载气的反复萃取,被浓缩在捕集器中,浓缩到肯定的程度再进展分析。)阵列式气敏传感器法(电子鼻法)-该方法基于多传感器信息融合技术,利用气体传感简单的穿插敏感特性,有选择地将数个气体
15、传感器组合在一起形成传感器阵列,结合模式识别技术如:B 神经网络、灰色理论等,形成气体辨识系统,即电子嗅觉系统又称“电子鼻”。该方法一般运用于环保、化工、家用报警、食品保鲜及航空航天等领域 , 当它用来实现要求准确定性和定量分析的电力变压器油中气体在线监测时 ,须先解决好气体的测量灵敏度、准确度和数据重复性等问题。(3)半导体气敏传感器半导体传感器又称为阻性传感器或金属氧化物传感器,是争论开发较早的一种传感器,普遍用于可燃气报警。半导体气敏传感器中的金属氧化物最具代表性的是nO ,nO2 载流子是电子,遇到复原性气体(包括2、CO、CH 、 H6、C2H4, H2 等可燃性气体)时,由于复原性
16、气体简洁给出电子,使得半导体中电子数目增大,载流子增加,电阻降低;当它遇到氧化性气体如 O2时,由于氧化性气体简洁夺取电子,使得型半导体中电子数目削减,载流子削减,电阻增大。宁波理工在线监测 MGA200系统、上海思源电气股份的 TROM600 系统和重庆海吉科技HGDJ 型变压器油监测系统均承受了这类传感器。这类传感器的主要特点为需要在氧化气氛里工作 ,否则其恢复时间要到达 30 s 以上,使各峰消灭严峻拖尾现象。使用空气做载气可以解决这个问题, 但这样对组分分别有肯定影响。4傅里叶红外光谱技术傅里叶红外光谱技术的原理图如图 l 所示。待测气体池置于迈克尔逊干预光路中,动镜移动时探测器上将得
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- 变压器 溶解 在线 监测 综述
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