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摘 要：变压器故障诊断要综合各种检测手段和方法，在变压器故障和诊断中单靠电气试验方法往往很难发现某些早期内部故障和发热隐患，色谱分析已成为检测变压器等充油设备故障的重要手段，这种方法能弥补电气试验方法的不足之处。本文论述了变压器故障诊断及色谱分析诊断的原理，阐述了MGA2000—6系统的工作原理和技术特点及应用情况。
关键词：在线监测；变压器绝缘油；色谱分析
1.引言
在现代电气设备的运行和维护中，变压器是电力系统的主要设备之一，其结构复杂，影响安全运行的因素较多。变压器油色谱在线监测系统通过对油中溶解气体分析、微水分析等综合信息来分析判断变压器的绝缘状况，较好地解决了这些问题。
与预防性试验相比，油色谱在线监测系统采用更高灵敏度的传感器采集运行中设备的劣化信息，依靠有丰富软件支持的计算机网络，不仅可以把某些预试项目在线化，还可以引进一些新的能更真实反应设备运行状态的特征量，从而实现对设备运行状态的综合诊断，促进电力设备由定期试验向状态检修过渡。
2.变压器故障诊断
变压器故障诊断要综合各种检测手段和方法，对检测结果进行综合分析和评判，根据DL/T596—2005《电力设备预防性试验规程》规定的试验项目，各种介质损耗因数的测量设备状态诊断和检测项目具有重要意义。特别是在电容量较小的变压器之中，因为受到绝缘材质、制造、安装及内部电场分布的影响而容易出现故障。如今，在变压器故障和诊断中单靠电气试验方法往往很难发现某些早期内部故障，而通过变压器油中溶解气体的色谱分析化学检测法，可以在不停电的情况下，发现变压器内部的某些潜伏性故障及其发展程度，在变压器早期诊断非常灵敏有效，且不受试验条件的限制。
目前，电力系统中采用了大量的充油电气设备，采用电气试验的方法对电气设备的绝缘情况进行检测是一个有效的方法。由于有一些设备的早期潜伏或局部故障，如变压器铁心多点接地，变压器内部线圈轻微匝间短路和比较轻微的放电等故障，受试验条件所限，采用电气试验的方法常常检测不出来，但是，如果采用油中溶解气体色谱分析方法，对这些设备的绝缘油中溶解的气体进行检测分析，就可以检测出设备故障的所在。
油中溶解气体色谱分析方法已成为检测变压器等充油设备故障的重要手段，这种方法能弥补电气试验方法的不足之处。油中溶解气体色谱分析方法检测技术能在设备不断电的环境中进行，受外界其它电气环境影响很小，可以定期临测设备的运行状态，保证设备安全运行，还可以连续跟踪有疑问和有故障的设备，并且能分析故障的进一步发展情况。
3.MGA2000—6 H型变压器色谱在线监测系统简介
3.1MGA2000—6 H系统概述
在电力变压器运行过程中，其绝缘油在过热、放电、电弧等作用下会产生故障特征气体，故障特征气体的成分、含量及增长速率与变压器内部故障的类型及故障的严重程度有密切关系。因此，通过监测变压器油中溶解故障特征气体，可以实现对变压器内部故障的在线监测。
3.2变压器色谱在线监测系统结构
随着自动化技术、选择性检测器的应用，气相色谱分析方法正在朝更高灵敏度、更高选择性、更方便快捷的方向发展。然而，大多应用场合仍需要人工干预，这与气体自动萃取、仪器所使用的恶劣环境影响检测精度等问题有很大的关系。以变压器色谱在线监测系统为例，为了完全替代常规的人工检测方法，在线监测系统按图 1 所示的方式构成。
可以看出，以往需由人工从变压器取油样，并在试验室进行脱气处理的过程需要利用色谱数据采集器中的油气分离装置完成。 色谱数据的处理过程本来是由人工确定基线，现也由数据处理服务器自动完成。
3.3变压器色谱在线监测系统工作流程
变压器色谱在线监测系统的工作流程图如图2所示，变压器色谱在线监测系统提供两根不锈钢油管与主变侧部进出油法兰连接，提供内置微型油泵将变压器绝缘油循环至内部油室，系统在微处理器控制下进行热油冷却、油中溶解气体萃取、流路切换与清洗、柱箱与检测器温度控制、样气的定量与进样、基线的自动调节、数据采集与处理、定量分析与故障诊断等分析流程。变压器油在内置一体式油泵作用下进入油气分离装置，分离出变压器油中的溶解气体，经过油气分离后的变压器油流回变压器油箱，萃取出来的气体在内置微型气泵的作用下进入电磁六通阀的定量管中。定量管中的气体在载气作用下进入色谱柱，然后检测器按气体流出色谱柱的顺序分别将六组分气体（H2、CO、CH4、C2H4、C2H2和C2H6）变换成电压信号。色谱数据采集器将采集到的气体浓度电压量通过通讯总线上传给安装在主控室的数据处理服务器，数据处理服务器根据仪器的标定数据进行定量分析， 计算出各组分和总烃的含量以及各自的增长率。 油中溶解水分由单独的传感器检测， 将数据传至数据处理服务器。最后由故障诊断专家系统对变压器进行故障分析，从而实现变压器故障的在线监测。
3.4色谱在线监测系统的关键技术
随着在线监测技术的发展，当前的色谱在线监测技术已经日趋成熟，长期的运行经验表明，色谱在线监测的关键技术与试验室色谱工作站的侧重点有较大的差异，照搬试验室色谱装置的早期产品是无法满足在线监测需求的。 在线监测的基本原则是：能够实时、自动、稳定地对变压器油中溶解气体进行监测，不能对变压器的正常运行造成安全隐患，同时要适应环境的变化。
3.4.1 油气分离快速高效、重复性好
应用于变压器色谱在线监测系统的油气分离装置要求能够自动、快速、长寿命、无污染以及不消耗变压器油条件下高效分离出溶解在变压器油中的微量故障特征气体。 试验室使用的震荡脱气装置、真空脱气装置等虽能高效脱气，但要消耗变压器油，而且不能用于在线分离， 而高分子渗透膜平衡时间过长，也不能满足在线实时性的需要。 因此，油气分离技术就成了变压器色谱在线监测技术研发过程中的难题。 3.4.2取油及回油方式安全可靠
各种油气分离方法中， 动态顶空方法需要在脱气过程中不断通入载气，使采集的油样中充满载气，如果直接回油，在油泵的作用下，会形成很多气泡，很可能造成“小桥”放电，甚至可能引起气体继电器动作。因此采用此种方法的产品一般采用放油的方式，虽然容易造成变压器油的损耗，但是这是一种负责任的方式。
3.4.3采用高灵敏的检测器
MGA2000—6采用半导体材料添加稀有金属研制成功广谱型纳米晶半导体气体检测器，由于纳米晶材料具有松散的颗粒结构， 但于气体的迅速扩散，从而提高了响应速度和检测灵敏度。应用表明，检测效果十分理想。
4.运行实例
龙羊峡3号主变主要技术参数为：变压器电压等级为330kV，容量为360MVA投产运行时间1988年6月，2007年返厂检修后，运行一段时间发现主变绝缘油中总烃和乙炔含量有增加趋势，超过注意值。为对3号主变油中溶解气体进行在线监测，能够进行高精度定量分析，长期积累监测数据，在2008年2月购置了一台MGA2000—6 H型变压器色谱在线监测系统，安装在主变冷却室处，海拔高度2463米，通讯方式采用GPRS无线通讯。经过四年的色谱跟踪，数据没有明显的增大，它的应用对及时监视3号主变内部气体含量变化，具有十分重要的意义。也为人工监测数据提供了数据，从两者数据趋势上看，没有明显急剧增加的情况，变压器运行稳定。2008年8月16日至2012年8月16日四年间的同一日，下列两表为龙羊峡电站3号主变大负荷满发期间的在线色谱数据及离线色谱数据如表1、表2.
在线检测表1
数据时间 氢气 一氧化碳 甲烷 乙烯 乙炔 乙烷 总烃 总可燃气 油温（℃）
2008-8-16 8：06 53.9 75.49 29.17 46.93 14.38 13.25 103.73 233.12 21.6
2009-8-16 8：37 32.09 74.37 29.68 49.58 5.69 10.74 95.69 202.15 22.38
2010-8-16 9：41 47 87.7 94.45 102.09 8.8 23.89 229.23 363.93 28.69
2011-8-16 9：37 29.49 233.31 98.25 112.42 5.77 31.71 248.15 510.95 26.64
2012-8-16 9：37 23.71 276.86 65.54 117.98 4.17 38.37 226.06 526.63 26.79
离线人工检测表2
组
含 量?L/L 份
时 间 氢气
H2 一氧
化碳
CO 甲烷
CH4 二氧
化碳
CO2 乙烯
C2H4 乙烷
C2H6 乙炔
C2H2 总烃
2008.08.18 40.5 58.0 34.8 160.0 41.6 9.6 10.0 96.0
2009.08.15 33.0 12.0 57.7 93.5 86.6 13.3 5.6 163.2
2010.08.15 29.5 53.0 94.7 196.5 105.0 24.3 7.0 231.0
2011.08.17 28.5 55.0 120.8 134.5 99.7 30.4 4.3 255.2
2012.08.15 25.0 195.0 145.2 436.0 93.8 39.3 2.9 281.2
该装置自投产以来，运行正常，没有发生过死机，色谱数据变化趋势和离线色谱相差不大。3号主变运行至今，运行正常。通过在线监测数据与离线色谱数据的对比与分析，可得出如下结论：
（1）在对3号主变压器的在线监测过程中 ，氢气、甲烷、乙烯、乙烷、总烃的增长趋势和绝对值，与试验室离线色谱分析基本一致。
（2）MGA2000-6H变压器色谱在线监测系统所测数据，与试验室色谱分析结果具有可比性，各组分浓度的增长趋势与试验室色谱跟踪趋势一致，监测数据可信。
（3）MGA2000-6H变压器色谱在线监测系统监控软件功能强，并可提供原始谱图、历史数据导出。 该系统技术成熟，产品性能稳定可靠，灵敏度较高，监测数据准确。
5.结论
MGA2000—6H变压器色谱在线监测系统是一种实时在线监测仪器，通过主变油油路循环采集到油气分离装置，溶解在变压器油中的故障特征气体经油气分离后脱气，在内置气泵的作用下，进入电磁六通阀的定量管，定量管中的故障特征气体在载气作用下流过色谱柱，然后，气体检测器按气体出峰顺序分别将七组分气体 （氢，一氧化碳，二氧化碳甲烷，乙烯，乙炔，乙烷）变换成电压信号，电压信号经过转换上传给数据处理服务器，服务器根据仪器的标定数据进行定量分析，计算出各组分和总烃的含量以及各自的增长率，再由故障诊断系统对变压器故障进行诊断，从而实现变压器故障的在线监测。对于较早预报设备故障隐患信息，避免设备事故，减少重大损失，提高设备运行的可靠性，提供了一定的参考价值。龙羊峡3号主变2008年运行至今，通过在线和人工监测，两者虽然不能进行纵向对比，但从变压器油中的溶解气体变化趋势上看，两者都没有明显的变换趋势。因此可以说，3号主变依然能正常运行，但对它的监测手段没有放松，我们随时监测主变油中总烃含量及各自的增长率。有了这种双重保护才能确保龙羊峡3号主变安全可靠运行，也能有效跟踪变压器的运行状态。
变压器油色谱分执行标准：
GB/T 17623-1998《绝缘油中溶解气体组分含量的气相色谱测定法》
GB/T 7252-2001《变压器油中溶解气体分析和判断导则》
DL/T 722-2000《变压器油中溶解气体分析和判断导则》
作者简介：
王健，女，（1962年—），1980年11月参加工作 龙羊峡发电分公司运维部 工程师 现从事技术监督工作。
付寅飞，男，（1962年—），1982年7月参加工作，现在黄河电力检修工程有限公司试验中心 工程师 副主任。
关键词：在线监测；变压器绝缘油；色谱分析
1.引言
在现代电气设备的运行和维护中，变压器是电力系统的主要设备之一，其结构复杂，影响安全运行的因素较多。变压器油色谱在线监测系统通过对油中溶解气体分析、微水分析等综合信息来分析判断变压器的绝缘状况，较好地解决了这些问题。
与预防性试验相比，油色谱在线监测系统采用更高灵敏度的传感器采集运行中设备的劣化信息，依靠有丰富软件支持的计算机网络，不仅可以把某些预试项目在线化，还可以引进一些新的能更真实反应设备运行状态的特征量，从而实现对设备运行状态的综合诊断，促进电力设备由定期试验向状态检修过渡。
2.变压器故障诊断
变压器故障诊断要综合各种检测手段和方法，对检测结果进行综合分析和评判，根据DL/T596—2005《电力设备预防性试验规程》规定的试验项目，各种介质损耗因数的测量设备状态诊断和检测项目具有重要意义。特别是在电容量较小的变压器之中，因为受到绝缘材质、制造、安装及内部电场分布的影响而容易出现故障。如今，在变压器故障和诊断中单靠电气试验方法往往很难发现某些早期内部故障，而通过变压器油中溶解气体的色谱分析化学检测法，可以在不停电的情况下，发现变压器内部的某些潜伏性故障及其发展程度，在变压器早期诊断非常灵敏有效，且不受试验条件的限制。
目前，电力系统中采用了大量的充油电气设备，采用电气试验的方法对电气设备的绝缘情况进行检测是一个有效的方法。由于有一些设备的早期潜伏或局部故障，如变压器铁心多点接地，变压器内部线圈轻微匝间短路和比较轻微的放电等故障，受试验条件所限，采用电气试验的方法常常检测不出来，但是，如果采用油中溶解气体色谱分析方法，对这些设备的绝缘油中溶解的气体进行检测分析，就可以检测出设备故障的所在。
油中溶解气体色谱分析方法已成为检测变压器等充油设备故障的重要手段，这种方法能弥补电气试验方法的不足之处。油中溶解气体色谱分析方法检测技术能在设备不断电的环境中进行，受外界其它电气环境影响很小，可以定期临测设备的运行状态，保证设备安全运行，还可以连续跟踪有疑问和有故障的设备，并且能分析故障的进一步发展情况。
3.MGA2000—6 H型变压器色谱在线监测系统简介
3.1MGA2000—6 H系统概述
在电力变压器运行过程中，其绝缘油在过热、放电、电弧等作用下会产生故障特征气体，故障特征气体的成分、含量及增长速率与变压器内部故障的类型及故障的严重程度有密切关系。因此，通过监测变压器油中溶解故障特征气体，可以实现对变压器内部故障的在线监测。
3.2变压器色谱在线监测系统结构
随着自动化技术、选择性检测器的应用，气相色谱分析方法正在朝更高灵敏度、更高选择性、更方便快捷的方向发展。然而，大多应用场合仍需要人工干预，这与气体自动萃取、仪器所使用的恶劣环境影响检测精度等问题有很大的关系。以变压器色谱在线监测系统为例，为了完全替代常规的人工检测方法，在线监测系统按图 1 所示的方式构成。
可以看出，以往需由人工从变压器取油样，并在试验室进行脱气处理的过程需要利用色谱数据采集器中的油气分离装置完成。 色谱数据的处理过程本来是由人工确定基线，现也由数据处理服务器自动完成。
3.3变压器色谱在线监测系统工作流程
变压器色谱在线监测系统的工作流程图如图2所示，变压器色谱在线监测系统提供两根不锈钢油管与主变侧部进出油法兰连接，提供内置微型油泵将变压器绝缘油循环至内部油室，系统在微处理器控制下进行热油冷却、油中溶解气体萃取、流路切换与清洗、柱箱与检测器温度控制、样气的定量与进样、基线的自动调节、数据采集与处理、定量分析与故障诊断等分析流程。变压器油在内置一体式油泵作用下进入油气分离装置，分离出变压器油中的溶解气体，经过油气分离后的变压器油流回变压器油箱，萃取出来的气体在内置微型气泵的作用下进入电磁六通阀的定量管中。定量管中的气体在载气作用下进入色谱柱，然后检测器按气体流出色谱柱的顺序分别将六组分气体（H2、CO、CH4、C2H4、C2H2和C2H6）变换成电压信号。色谱数据采集器将采集到的气体浓度电压量通过通讯总线上传给安装在主控室的数据处理服务器，数据处理服务器根据仪器的标定数据进行定量分析， 计算出各组分和总烃的含量以及各自的增长率。 油中溶解水分由单独的传感器检测， 将数据传至数据处理服务器。最后由故障诊断专家系统对变压器进行故障分析，从而实现变压器故障的在线监测。
3.4色谱在线监测系统的关键技术
随着在线监测技术的发展，当前的色谱在线监测技术已经日趋成熟，长期的运行经验表明，色谱在线监测的关键技术与试验室色谱工作站的侧重点有较大的差异，照搬试验室色谱装置的早期产品是无法满足在线监测需求的。 在线监测的基本原则是：能够实时、自动、稳定地对变压器油中溶解气体进行监测，不能对变压器的正常运行造成安全隐患，同时要适应环境的变化。
3.4.1 油气分离快速高效、重复性好
应用于变压器色谱在线监测系统的油气分离装置要求能够自动、快速、长寿命、无污染以及不消耗变压器油条件下高效分离出溶解在变压器油中的微量故障特征气体。 试验室使用的震荡脱气装置、真空脱气装置等虽能高效脱气，但要消耗变压器油，而且不能用于在线分离， 而高分子渗透膜平衡时间过长，也不能满足在线实时性的需要。 因此，油气分离技术就成了变压器色谱在线监测技术研发过程中的难题。 3.4.2取油及回油方式安全可靠
各种油气分离方法中， 动态顶空方法需要在脱气过程中不断通入载气，使采集的油样中充满载气，如果直接回油，在油泵的作用下，会形成很多气泡，很可能造成“小桥”放电，甚至可能引起气体继电器动作。因此采用此种方法的产品一般采用放油的方式，虽然容易造成变压器油的损耗，但是这是一种负责任的方式。
3.4.3采用高灵敏的检测器
MGA2000—6采用半导体材料添加稀有金属研制成功广谱型纳米晶半导体气体检测器，由于纳米晶材料具有松散的颗粒结构， 但于气体的迅速扩散，从而提高了响应速度和检测灵敏度。应用表明，检测效果十分理想。
4.运行实例
龙羊峡3号主变主要技术参数为：变压器电压等级为330kV，容量为360MVA投产运行时间1988年6月，2007年返厂检修后，运行一段时间发现主变绝缘油中总烃和乙炔含量有增加趋势，超过注意值。为对3号主变油中溶解气体进行在线监测，能够进行高精度定量分析，长期积累监测数据，在2008年2月购置了一台MGA2000—6 H型变压器色谱在线监测系统，安装在主变冷却室处，海拔高度2463米，通讯方式采用GPRS无线通讯。经过四年的色谱跟踪，数据没有明显的增大，它的应用对及时监视3号主变内部气体含量变化，具有十分重要的意义。也为人工监测数据提供了数据，从两者数据趋势上看，没有明显急剧增加的情况，变压器运行稳定。2008年8月16日至2012年8月16日四年间的同一日，下列两表为龙羊峡电站3号主变大负荷满发期间的在线色谱数据及离线色谱数据如表1、表2.
在线检测表1
数据时间 氢气 一氧化碳 甲烷 乙烯 乙炔 乙烷 总烃 总可燃气 油温（℃）
2008-8-16 8：06 53.9 75.49 29.17 46.93 14.38 13.25 103.73 233.12 21.6
2009-8-16 8：37 32.09 74.37 29.68 49.58 5.69 10.74 95.69 202.15 22.38
2010-8-16 9：41 47 87.7 94.45 102.09 8.8 23.89 229.23 363.93 28.69
2011-8-16 9：37 29.49 233.31 98.25 112.42 5.77 31.71 248.15 510.95 26.64
2012-8-16 9：37 23.71 276.86 65.54 117.98 4.17 38.37 226.06 526.63 26.79
离线人工检测表2
组
含 量?L/L 份
时 间 氢气
H2 一氧
化碳
CO 甲烷
CH4 二氧
化碳
CO2 乙烯
C2H4 乙烷
C2H6 乙炔
C2H2 总烃
2008.08.18 40.5 58.0 34.8 160.0 41.6 9.6 10.0 96.0
2009.08.15 33.0 12.0 57.7 93.5 86.6 13.3 5.6 163.2
2010.08.15 29.5 53.0 94.7 196.5 105.0 24.3 7.0 231.0
2011.08.17 28.5 55.0 120.8 134.5 99.7 30.4 4.3 255.2
2012.08.15 25.0 195.0 145.2 436.0 93.8 39.3 2.9 281.2
该装置自投产以来，运行正常，没有发生过死机，色谱数据变化趋势和离线色谱相差不大。3号主变运行至今，运行正常。通过在线监测数据与离线色谱数据的对比与分析，可得出如下结论：
（1）在对3号主变压器的在线监测过程中 ，氢气、甲烷、乙烯、乙烷、总烃的增长趋势和绝对值，与试验室离线色谱分析基本一致。
（2）MGA2000-6H变压器色谱在线监测系统所测数据，与试验室色谱分析结果具有可比性，各组分浓度的增长趋势与试验室色谱跟踪趋势一致，监测数据可信。
（3）MGA2000-6H变压器色谱在线监测系统监控软件功能强，并可提供原始谱图、历史数据导出。 该系统技术成熟，产品性能稳定可靠，灵敏度较高，监测数据准确。
5.结论
MGA2000—6H变压器色谱在线监测系统是一种实时在线监测仪器，通过主变油油路循环采集到油气分离装置，溶解在变压器油中的故障特征气体经油气分离后脱气，在内置气泵的作用下，进入电磁六通阀的定量管，定量管中的故障特征气体在载气作用下流过色谱柱，然后，气体检测器按气体出峰顺序分别将七组分气体 （氢，一氧化碳，二氧化碳甲烷，乙烯，乙炔，乙烷）变换成电压信号，电压信号经过转换上传给数据处理服务器，服务器根据仪器的标定数据进行定量分析，计算出各组分和总烃的含量以及各自的增长率，再由故障诊断系统对变压器故障进行诊断，从而实现变压器故障的在线监测。对于较早预报设备故障隐患信息，避免设备事故，减少重大损失，提高设备运行的可靠性，提供了一定的参考价值。龙羊峡3号主变2008年运行至今，通过在线和人工监测，两者虽然不能进行纵向对比，但从变压器油中的溶解气体变化趋势上看，两者都没有明显的变换趋势。因此可以说，3号主变依然能正常运行，但对它的监测手段没有放松，我们随时监测主变油中总烃含量及各自的增长率。有了这种双重保护才能确保龙羊峡3号主变安全可靠运行，也能有效跟踪变压器的运行状态。
变压器油色谱分执行标准：
GB/T 17623-1998《绝缘油中溶解气体组分含量的气相色谱测定法》
GB/T 7252-2001《变压器油中溶解气体分析和判断导则》
DL/T 722-2000《变压器油中溶解气体分析和判断导则》
作者简介：
王健，女，（1962年—），1980年11月参加工作 龙羊峡发电分公司运维部 工程师 现从事技术监督工作。
付寅飞，男，（1962年—），1982年7月参加工作，现在黄河电力检修工程有限公司试验中心 工程师 副主任。