变压器加装油色谱在线监测系统可行性研究报告.docx
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1、变压器加装油色谱在线监测系统可行性争论报告专业资料一工程概述1.1 编制依据依据国家电网公司变电设备在线监测系统技术导则要求， 基于在线监测技术的进展水平、在线监测系统应用效果以及变电设备重要程度，在线监测系统配置原则为 750 千伏及以上电压等级油浸式变压器、 电抗器应配置油中溶解气体在线监测装置； 400 千伏及以上电压等级换流变压器、 500 千伏油浸式变压器应配置油中溶解气体在线监测装置； 500 千伏 330 千伏 电抗器、 330千伏、 220 千伏油浸式变压器宜配置油中溶解气体在线监测装置； 对于 110 千伏 66 千伏 电压等级油浸式变压器电抗器 存在以下状况之一的宜配置油中
2、溶解气体在线监测装置： 存在埋伏性绝缘缺陷； 存在严峻家族性绝缘缺陷； 运行时间超过 15 年； 运行位置特别重要。依据此配置原则的规定作出疆 xx 电业局变压器加装油色谱在线监测系统可行性报告。1.2 工程现状目前 xx 电业局所辖的 220kV 老满城变电站 1#、3#主变、米泉变电站 1#、2#主变、三宫变电站 1#、2#、3#主变、头屯河变电站 1#、2#主变、八户梁变电站 1#、2#主变、龙岗变 1#、2#主变、钢东变电站 1#、2#、3#、4#主变；110kV 北京变 1#、2#主变、旭日变 2#主变需要加装变压器油色谱在线监测系统总计 19 台。1.3 工程预期目标、依据及经济技
3、术原则1.3.1 工程预期目标大型变压器是整个发供电系统重要核心的设备，其安全运行至关重要，由于大型变压器设计、制造、材料质量和运行等诸多方面的缘由，设备的恶性故障时有发生，严峻影响了电网的安全稳定运行。变压器油色谱在线监测系统，通过对绝缘油中溶解气体的测量和分析， 实现了对大型变压器内部运行状态的在线监控，能够准时觉察和诊断其内部故障，随时把握设备的运行状况，弥补了试验室色谱分析的缺乏，为保证变压器的安全经济运行和状态检修供给了技术支持，是保证变压器及电网系统安全经济运行的重要手段，可以给电力行业带来巨大的经济效益和社会效益。本期对我局所辖的局部变电站加装 19 台变压器在线监测系统完成后城
4、区电网运行状况将得到明显改善，有利于促进经济协调进展， 为社会经济水平的进展供给保障。1.3.2 依据及经济技术原则1) 国家电网公司变电设备在线监测系统技术导则2) 国家电网科20231535 号智能变电站技术导则Q/GDW 383-2023。3) 国家电网科 2023112 号变电站智能化改造技术标准Q/GDWZ414-2023 。4) 国家电网基建2023539 号智能变电站优化集成设计建设指导意见。5) 其它相关的规程、标准及反措要求。1.4 可研范围和规模1.4.1 可研的内容和范围本期对我局所辖的 220kV 老满城变电站 1#、3#主变、米泉变电站 1#、2#主变、三宫变电站1#
5、、2#、3#主变、头屯河变电站1#、2# 主变、八户梁变电站 1#、2#主变、龙岗变 1#、2#主变、钢东变电站1#、2#、3#、4#主变；110kV 北京变 1#、2#主变、旭日变 2#主变加装变压器油色谱在线监测系统总计 19 台。加装了变压器油色谱在线监测装置后可对各站的变压器进展状态实施在线监控，通过分析油中特征气体浓度，随时可把握设备的运行状态，准时觉察和诊断其内部故障，为实时把握变压器的运行状态供给了重要数据，从而提高设备的治理水平。1.5 主要技术经济指标本工程静态总投资：xx 万元。二、 工程的背景及意义大型变压器作为电力生产和输送的主要设备，是整个发电系统的核心设备之一，其安
6、全性能至关重要。由于诸多方面的缘由，设备的恶性故障时有发生，一旦消灭严峻故障，必需停电检修，严峻影响了电网的安全稳定运行，必将造成重大经济损失。因此，为确保大型变压器的安全运行，变大型变压器的定期检修为状态维护，是今后变压器维护方式的进展方向。变压器油色谱在线监测装置可对大型变压器进展状态实施在线监控，通过分析油中特征气体浓度，随时可把握设备的运行状态，准时觉察和诊断其内部故障，弥补了试验室色谱分析方法不能准时快速监测的缺憾，为实时把握变压器的运行状态供给了重要数据，从而提高设备的治理水平，因此是保证变压器及电网系统安全经济运行的重要手段。该成果推广后，能够大幅度提高大型变压器的状态监测水平，
7、及时觉察埋伏的内部故障。以一台三相 220KV、180MVA 变压器为例， 如发生故障，修理费用为数十万元，以每度电 0.4 元计算，停电一天直接损失可达百万元24 小时120103 千瓦0.4。变压器及系统安全运行，关系到电力企业经济效益和工农业及人民生活用电的牢靠性，对工农业生产及居民生活用电造成的间接损失更大。由于油中溶解气体在线监测的重要意义，国内外都对此做过大量的争论开发工作。早期的技术一般是检测单组分氢气和测可燃气总量。使用气敏元件做传感器，该装置只能起报警作用，不能明确故障状况，作为故障的初期警报，不是真正意义上色谱在线。随着色谱分析技术和油气分别技术的进展，消灭了可测量 4-7
8、 种组分含量的色谱在线分析技术，油气分别承受薄膜渗透法，然后通过色谱柱分别，热导或氢焰检测器分析。该技术存在分析周期长，分析结果误差大等缺陷。随着电力经济的快速进展，国内外对电力设备的安全运行赐予了极大重视，对在线监测提出了更高的要求。当前该技术的进展趋势和方向是：能检测国标中规定的变压器油中全部七种组分，数据与试验室分析结果根本全都；具有智能专家诊断功能，能对各种数据进展分析和推断，监测变压器内部运行状态及故障进展趋势；分析周期短，能在几小时内检测一次；具有远程传输数据和校准功能；性能稳定牢靠。当前国内对本技术的争论的主要有重庆大学、上海交通大学，承受催化燃烧传感器，可以检测六种组分不能检测
9、二氧化碳，目前主要是以科研成果形式为主，没有形成成熟产品。美国的GE 公司开发的光谱在线监测系统性能较为先进，分析速度快，只需要几分钟， 耗油少，数据准确度高，唯一的缺点是灵敏度不够高，最低检测限1 L/L，有效检测限 5L/L。三、变压器油色谱分析原理变压器油在变压器内主要起绝缘作用因此又称绝缘油。绝缘油是由很多不同分子量的碳氢化合物分子组成的混合物，分子中含有 CH3、CH2、和 CH 化学基团，并由CC 键结合在一起。在正常状况下，充油电气设备内的油/纸绝缘材料，在热和电的作用下，会渐渐老化和分解，产生少量的各种低分子烃类及二氧化碳、一氧化碳等。假设存在埋伏性过热或放电故障时，就会加快这
10、些气体的产生速度。当产气速度慢，产气量小时，气体大局部溶于油中。随着故障的进展， 产气量大于溶解量时，便有一局部气体以自由气体的形态释放出来。乙烯是在高于甲烷和乙烷的温度大约为 500 C下生成的虽然在较低的温度时也有少量生成。乙炔一般在 800 C1200 C 的温度下生成，而且当温度降低时，反响快速被抑制，作为重化合的稳定产物而积存。因此，大量乙炔是在电弧的弧道中产生的。固然在较低的温度下低于 800 C也会有少量乙炔生成。分解出的气体形成气泡，在油里经对流、集中，不断的溶解在油中。这些故障气体的组成和含量与故障的类型极其严峻程度有亲热关系。因此，分析溶解于油中的气体，就能尽早的觉察设备内
11、部存在的埋伏性故障，并可随时监视故障的进展状况。不同故障类型产生的气体故障类型主要气体成分次要气体成分油过热CH4、C2H2H2、C2H6油和纸过热CH4、C2H2、CO、CO2H2、C2H6油纸绝缘中局部放电H2、CH4、COC2H2 、 C2H6 、CO2油中火花放电H2 、C2H2油中电弧H2、C2H2CH4、C2H4、C2H6油和纸中电弧H2、C2H2、CO、CO2CH4、C2H4、C2H6注：进水受潮或油中气泡可能使氢含量上升三、系统的组成构造和工作流程“220kV 变压器色谱在线监测系统”由安装在变压器旁边的主机和安装在用户试验室计算机上的监控工作站组成。1、主机包括以下模块气源模
12、块：为色谱分析系统供给净化空气；色谱分析模块：由气路掌握、油气分别、色谱柱、检测器组成， 相当于一台微型色谱仪；电路掌握模块：由主控板、电源、工控计算机组成整个掌握模块；无线通讯模块：传输数据，接收指令；恒温掌握系统：有小型工业空调、PTC 加热器组成，调整主机环境温度，可使一年四季保证恒定温度；2、监控工作站组成 无线通讯接收模块；工作站监测油路模块：由油箱、电磁阀、传感器组成，掌握油路系统。专业资料软件；专家故障诊断系统。系统的工作流程如下：用户设定的工作时间到后，系统翻开进油管路，变压器本体油依靠自身油压经取样口进入油气分别装置，溶解气体被分别出来，残油排入油箱，溶解气体跟随载气经过色谱
13、柱分别，进入检测器，各组分的浓度被检测器转变为电信号，经过模数转换，送入工控计算机采集成谱图，经过谱图分析和峰处理，得到各组分的浓度数据，通过无线远程通讯系统，将数据传输到带有无线接收系统的色谱在线监测工作站上，工作站软件可对色谱数据进展分析，自动生成浓度变化趋势图，并通过专家智能诊断系统进展故障诊断。监控人员通过色谱在线工作站可以对在线主机进展报警值、检测周期等参数的调整，并监控主机的工作状态。多个色谱在线监测系统的数据，通过无线通讯系统可以发送到一台或多台计算机上，同时一台计算机可以监控全部色谱在线系统。四、本工程的关键技术和工作原理 1、油气分别和自动进样实现的原理变压器油、气分别技术是
14、色谱在线关键技术。由于色谱分析不能直接分析油中溶解气体，需把油中溶解气体从油中脱出后才能进展色谱分析。目前国内外色谱在线大多承受薄膜渗透法进展脱气，即尽管方式较为简洁，但由于油不流淌死体积大、渗透周期较长多达几十小时，时间滞后，不能有效快速地反映设备故障。而真空脱气尽管脱气效率高，但操作环节多、简单，在现场不易应用，因此，我们经过认真比较和争论，打算使用顶空色谱原理技术。顶空色谱理论成熟， 操作环节少，精度高，但计算和比照试验工作量大，可通过计算机软件很便利完成，因此特别适用现场在线使用。顶空色谱原理说明，在一恒温恒压条件下的油样与洗脱气体构成的密闭系统内，使油中溶解气体在气、液两相到达安排平
15、衡，此时气、液中同一组分的浓度比是一个常数：奥斯特瓦尔德系数。因此，平衡后测出气样的浓度就可以换算出原始油样中溶解气体的浓度。依据顶空色谱原理，将定量的试油排入密闭的分别装置，通入载气，设定恒温恒压的工况，经过一段时间后，气、液就会到达一种平衡状态，顶部收集的气体样品跟随载气进入色谱柱分别，残油从底部排出，同时对装置进展冲洗，防止本次分析对下次分析有遗留影响。2、组分分别技术油气分别得到的气体样品是混合气，需要使用色谱柱分别，当气专业资料样中所含有的混合物经过色谱柱时，就会与色谱柱中的固定相发生相互作用。由于各组分在性质与构造上的不同，相互作用的大小强弱也有差异。因此在同一推动力作用下不同组分
16、在固定相中的滞留时间有长有短，从而按先后不同的次序从固定相中流出，实现了分别的目的。具体说，它是利用样品中各组分在流淌相和固定相中吸附力或溶解度不同，也就是说安排系数不同。当两相做相对运动时，样品各组分在两相间进展反复屡次的安排：不同安排系数的组分在色谱柱中的运动速度就不同，滞留时间也就不一样。安排系数小的组分会较快地流精彩谱柱；安排系数愈大的组分就愈易滞留在固定相内，流过色谱柱的速度较慢。这样，当流经肯定的柱长后， 样品中各组分得到了分别。当分别后的各个组分流精彩谱柱而进入检测器时，工作站就记录出各个组分的色谱峰。上述色谱分别过程以AB 二组分混合物的分别过程为例可用以下图从上到下的四个阶段
17、进一步说明。专业资料3、检测器分别后的气体浓度需要通过检测器转换成相应的电信号，才能进一步通过电子仪器测定。系统选用了高灵敏度的热导检测器，它是依据不同物质热传导系数的差异而设计的，不同物质的热传导系数各不一样，因此它对有机、无机样品均有响应，实现了七种组分全分析的功能。热导检测器中的主要元件是四个热敏电阻组成的惠斯顿电桥，当热导检测器中流经的载气成分和流量稳定， 热导池池体温度恒定时，热敏电阻上产生的热能与通过载气热传导到检测器池体所失散的热能相平衡。电桥电路就处于平衡状态，当分别出来的组分通过检测器时，载气成分发生了变化，热导系数相应产生了差异，系统热能不再平衡，电阻温度变化引起阻值变化，
18、造成电桥失衡，组分浓度的变化与热敏电阻值的变化成正比，因此电桥部平衡产生的信号输出电信号反映了组分的浓度。相比同类检测器，热导检测器只需要一路载气，元件和附属电路较简洁，通过物理变化热传导实现检测，具有寿命长，故障率低、重复性好的特点。但一般热导的电阻丝抗氧化性差，对载气纯度要求高， 简洁老化，我们通过大量的试验选用了适宜的耐氧化材料，允许使用空气做载气，解决了这一难题，使热导检测器又具有了稳定性好的特点，是在线检测装置的抱负检测器。4、谱图分析和浓度计算依据检测器输出的电压信号与时间的关系，可以绘制以时间为横坐标轴，以电压值为纵坐标轴的坐标图，称为色谱分析谱图，通过谱图分析即可获知气样中各组
19、分的浓度，再经过换算即可得到油中溶解气体浓度。谱图由基线和各组分形成的峰组成，组分峰的高度与其浓度存在系数关系，计算公式如下：h专业资料X = Cisi i Khisi式中：Xi油中溶解气体组分浓度，代表一种组分，比方C2H2；si标准气中组分浓度； i油样中组分的峰高；is标样中组分的峰高； Ki组分的校正因子。由公式可知，猎取油样准确的峰高是计算准确的关键，假设峰高小于基线噪声，确定无法准确测量，因此，必需保证基线的稳定。气路系统的压力、流量和温度的波动是影响基线稳定的主要因素，系统设计了多级气路稳压和二级环境温控，通过压力传感器和流量传感器进展流速的监控和反响调整，完全避开了环境的影响，
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