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摘要：本文依据笔者多年实操经验，对油浸式变压器油中溶解的故障特征气体进行在线色谱分析，由此了解设备内部的隐性缺陷，可以实现在线智能化的监测以及故障分析，第一时间掌握变压器的运行状况，发现和跟踪潜伏性故障。文章以变压器油色谱在线监测系统的意义、原理、构成、分类与特点进行相关阐述，仅供同行参考与交流。
关键词：油色谱；故障；在线监测；变压器
1 油浸变压器的故障识别及在线监测的意义
1.1油浸变压器的故障识别
众所周知，在其正常运行状况下，充油电气设备内的绝缘油及有机绝缘材料，在热或电的作用下会不断的老化与分解，产生少量的低分子烃类气体和CO、CO2气体，这些气体大部分都溶解于油当中。当充油电气设备内部存在过热和放电性故障时，就会加快这些气体的产生速度，随着故障的发展，分解出的气体形成气泡在油中对流、扩散，不断溶解在油中。故障气体的组成及含量与故障类型和故障严重程度关系密切[1]。油中溶解气体的组分变化与变压器对应状态见表1。
油色谱分析法是通过比较特征气体与油中溶解气体的注意值和产气速率的注意值，利用三比值法等方法，来综合判断故障类型。
1.2变压器油色谱在线监测的意义
常规的油色谱分析法是通过现场采取油样后在实验室定期进行分析，该方法在变压器取油样送检的周期间隔中，无法实时监测，因此可能漏报某些发展比较快的变压器内部故障。而油色谱在线监测系统则可对变压器油中溶解的气体进行连续性监测，其检验周期短，可预报故障的发展趋势。
2油色谱在线监测系统的工作原理
2.1油色谱在线监测系统的构成
变压器色谱在线监测系统主要由现场监测主机、主站单元及监控软件组成。其中油样采集单元、油气分离单元、气体检测单元是现场监测主机中的重要组件[3]。辅助单元包括载气、变压器的接口法兰、放油管、回油管及通信电缆等（见图1）。
图1油色谱在线监测系统示意图
2.2油色谱在线监测系统的分类及特点
按检测的气体种类分类，变压器油色谱在线监测系统可分为单组分和多组分气体监测两类。
1）单组分气体监测。单组分气体监测顾名思义就是只能监测变压器油中溶解的某一种气体组分或混合气体总的体积分数，监测的气体数量较少，对变压器故障诊断的可靠性不高。
2）多组分气体监测。可连续监测变压器油中溶解的气体组分、各组分的相对增长率及绝对增长速度，是目前比较成熟且使用较多的的在线监测方式。按变压器油色谱在线监测系统使用的油气分离方法可分为半透膜式脱气法、动态顶空平衡法和真空式脱气法三类。
①半透膜脱气是利用某些高分子有机物薄膜的透气选择性进行脱气的。该种分离法的平衡时间长，一般需要3～5天。半透膜多为有机材料，长时间运行会老化。
②动态顶空平衡法是采用吹气的方式，将溶解于油中的气体组分替换出来，使油面上被检测某种气体组分的浓度与油中该气体的浓度达到平衡。该方法的特点是平衡时间快，但是不能完全脱气，脱气效率低于60%。一般采用高纯压缩空气作为载气，载气与油有接触，分析完毕后油样因被载气污染，需排入废油储存箱。
③真空脱气是一种全脱气方法，利用真空状态将油样中的溶解气体脱出。脱气效率高于95%，且不受环境温度和油产地影响。平衡时间快，15 min即可达到平衡。该种方法一般采用高纯氮气作为载气，油样处于真空状态下，脱气完毕后的油样为干净油样，能够直接返回到变压器本体油箱中，可实现循环取样。
2.3油色谱在线监测系统的工作流程
通过油样采集单元采集新鲜油样至油气分离装置，溶解在变压器油中的故障特征气体被分离后进入气体检测系统，通过色谱传感器将检测的各气体组分的浓度值转换成模拟电压信号。经过A/D转换，变成数字信号传至后台主站单元。其数据处理服务器根据事先标定的数据进行定量分析，计算出各检测气体组分的含量及增长率，再通过监控软件对变压器的故障进行判断，从而实现变压器故障的在线监测。
3油色谱在线监测系统的应用
3.1油色谱在线监测系统的安装
现场监测主机的安装位置不能占用检修通道影响变压器的维护，应尽量接近取油口和回油口的位置，使进出油的管路不能太长。监测主机的进油阀门应设置在变压器本体中部位置偏高一些，可以在较好的强制对流或自然对流的条件下取得检测油样。变压器进油和回油的阀门应保持不小于1 m的距离。如果取油点和回油点相近，采样分析的周期较短时，会造成取油阀处的油被反复取样进行检测，影响监测系统的分析判断。
3.2油色谱在线监测系统存在的问题
1）载气的管理。变压器油色谱在线监测系统所使用的载气为多为高纯氮气或压缩空气。钢瓶中的储气有限，而载气的使用是消耗性的，当载气用完时，需及时更换气瓶。如果欠压报警后再联系厂家进行更换，需要时间较长，影响监测设备的连续性。建议现场应该设有两瓶载气（一用一备），当载气用完后现场可立即更换载气。
2）仪器的标定。色谱监测系统需要定期进行标定，长时间不标定则会影响检测数据的准确性。油气在更换载气瓶之后必须标定，否则数据偏差会相当大。监测装置应设有外置的标定接口，方便进行定期的标定测试。
参考文献：
[1] GB/T7252—2001变压器油中溶解气体分析和判断导则[S].北京：中国标准出版社，2001.
[2] 汪倩，张黎琳，宋蓓华.变压器油色谱在线监测在状态检修中的应用[J].华东电力，2009，37（7）：1195一1197.
[3] 黄皓伟.变压器油色谱在线监测系弘的应用[J].浙江电力，2011，3：25—27.
关键词：油色谱；故障；在线监测；变压器
1 油浸变压器的故障识别及在线监测的意义
1.1油浸变压器的故障识别
众所周知，在其正常运行状况下，充油电气设备内的绝缘油及有机绝缘材料，在热或电的作用下会不断的老化与分解，产生少量的低分子烃类气体和CO、CO2气体，这些气体大部分都溶解于油当中。当充油电气设备内部存在过热和放电性故障时，就会加快这些气体的产生速度，随着故障的发展，分解出的气体形成气泡在油中对流、扩散，不断溶解在油中。故障气体的组成及含量与故障类型和故障严重程度关系密切[1]。油中溶解气体的组分变化与变压器对应状态见表1。
油色谱分析法是通过比较特征气体与油中溶解气体的注意值和产气速率的注意值，利用三比值法等方法，来综合判断故障类型。
1.2变压器油色谱在线监测的意义
常规的油色谱分析法是通过现场采取油样后在实验室定期进行分析，该方法在变压器取油样送检的周期间隔中，无法实时监测，因此可能漏报某些发展比较快的变压器内部故障。而油色谱在线监测系统则可对变压器油中溶解的气体进行连续性监测，其检验周期短，可预报故障的发展趋势。
2油色谱在线监测系统的工作原理
2.1油色谱在线监测系统的构成
变压器色谱在线监测系统主要由现场监测主机、主站单元及监控软件组成。其中油样采集单元、油气分离单元、气体检测单元是现场监测主机中的重要组件[3]。辅助单元包括载气、变压器的接口法兰、放油管、回油管及通信电缆等（见图1）。
图1油色谱在线监测系统示意图
2.2油色谱在线监测系统的分类及特点
按检测的气体种类分类，变压器油色谱在线监测系统可分为单组分和多组分气体监测两类。
1）单组分气体监测。单组分气体监测顾名思义就是只能监测变压器油中溶解的某一种气体组分或混合气体总的体积分数，监测的气体数量较少，对变压器故障诊断的可靠性不高。
2）多组分气体监测。可连续监测变压器油中溶解的气体组分、各组分的相对增长率及绝对增长速度，是目前比较成熟且使用较多的的在线监测方式。按变压器油色谱在线监测系统使用的油气分离方法可分为半透膜式脱气法、动态顶空平衡法和真空式脱气法三类。
①半透膜脱气是利用某些高分子有机物薄膜的透气选择性进行脱气的。该种分离法的平衡时间长，一般需要3～5天。半透膜多为有机材料，长时间运行会老化。
②动态顶空平衡法是采用吹气的方式，将溶解于油中的气体组分替换出来，使油面上被检测某种气体组分的浓度与油中该气体的浓度达到平衡。该方法的特点是平衡时间快，但是不能完全脱气，脱气效率低于60%。一般采用高纯压缩空气作为载气，载气与油有接触，分析完毕后油样因被载气污染，需排入废油储存箱。
③真空脱气是一种全脱气方法，利用真空状态将油样中的溶解气体脱出。脱气效率高于95%，且不受环境温度和油产地影响。平衡时间快，15 min即可达到平衡。该种方法一般采用高纯氮气作为载气，油样处于真空状态下，脱气完毕后的油样为干净油样，能够直接返回到变压器本体油箱中，可实现循环取样。
2.3油色谱在线监测系统的工作流程
通过油样采集单元采集新鲜油样至油气分离装置，溶解在变压器油中的故障特征气体被分离后进入气体检测系统，通过色谱传感器将检测的各气体组分的浓度值转换成模拟电压信号。经过A/D转换，变成数字信号传至后台主站单元。其数据处理服务器根据事先标定的数据进行定量分析，计算出各检测气体组分的含量及增长率，再通过监控软件对变压器的故障进行判断，从而实现变压器故障的在线监测。
3油色谱在线监测系统的应用
3.1油色谱在线监测系统的安装
现场监测主机的安装位置不能占用检修通道影响变压器的维护，应尽量接近取油口和回油口的位置，使进出油的管路不能太长。监测主机的进油阀门应设置在变压器本体中部位置偏高一些，可以在较好的强制对流或自然对流的条件下取得检测油样。变压器进油和回油的阀门应保持不小于1 m的距离。如果取油点和回油点相近，采样分析的周期较短时，会造成取油阀处的油被反复取样进行检测，影响监测系统的分析判断。
3.2油色谱在线监测系统存在的问题
1）载气的管理。变压器油色谱在线监测系统所使用的载气为多为高纯氮气或压缩空气。钢瓶中的储气有限，而载气的使用是消耗性的，当载气用完时，需及时更换气瓶。如果欠压报警后再联系厂家进行更换，需要时间较长，影响监测设备的连续性。建议现场应该设有两瓶载气（一用一备），当载气用完后现场可立即更换载气。
2）仪器的标定。色谱监测系统需要定期进行标定，长时间不标定则会影响检测数据的准确性。油气在更换载气瓶之后必须标定，否则数据偏差会相当大。监测装置应设有外置的标定接口，方便进行定期的标定测试。
参考文献：
[1] GB/T7252—2001变压器油中溶解气体分析和判断导则[S].北京：中国标准出版社，2001.
[2] 汪倩，张黎琳，宋蓓华.变压器油色谱在线监测在状态检修中的应用[J].华东电力，2009，37（7）：1195一1197.
[3] 黄皓伟.变压器油色谱在线监测系弘的应用[J].浙江电力，2011，3：25—27.