摘要：本文通过对变电站变压器油谱在线监测需求的调研，针对运行中的变电站提出了建设油谱在线监测系统的方案，并结合工程实际进行了深入的研究。 关键词：油谱在线监测；油谱；变压器 0 引言 变压器作为变电站的核心设备，其运行的可靠安全性对于供电系统的稳定起到至关重要的作用。为了实时掌握变压器油中溶解气体含量的变化情况，及时发现突发故障，保障设备安全，需在主变压器安装油谱在线监测装置。 1 变压器油谱在线监测技术优势 大型变压器是整个发供电系统重要的核心设备，为确保它的安全运行，已经发展了各种不同的监测方法，其中以气相谱法检测油中溶解气体最为有效，利用这一方法的实验室谱分析已在国内外普遍使用。虽然这种方法多年来起到了积极的作用，但是，长期以来也存在着一定的局限性： （1）从现场取样送到实验室的过程中，由于机械振动、温度变化、光线等外界因素的影响，容易引起油样结果发生变化，且作业程序复杂，花费的时间和费用较高，在技术经济 上不能适应电力系统发展的需要；
（2）时效性差。变压器发生保护动作后，要迅速恢复运行，首要的问题是要通过油谱分析得知变压器的绝缘状况，时效是最突出的问题；
（3）检测周期长。不能及时发现潜伏性故障和有效地跟踪发展趋势，分析的周期一般是一个月到几个月，不能满足解决突发事件的需要；
（4）运行人员无法随时掌握和监视本站变压器的运行状况。运行可靠性会进一步下降，不能充分发挥油谱分析法的有效性和优点；
变压器谱在线技术的发展和应用，可对大型变压器运行状态进行在线实时监控，能够及时发现和诊断其内部故障，随时掌握设备的运行状况，从而弥补了试验室谱法的不足。
判断变压器内部故障较有价值的气体是氢气（H2）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）、一氧化碳（CO）、二气化碳（CO2），这些气体统称为特征气体。由于特征气体的组分含量与故障类型及故障严重程度密切相关，为了对变压器运行状态进行在线实时监控，可以随时掌握设备的运行状况，便于及时发现和诊断其内部故障，保障大型主变稳定安全运行，需要安装能实时准确监测变压器油中七
种主要特征气体（氢气、一氧化碳、甲烷、乙烯、乙烷、乙炔和二氧化碳）浓度的设备。 2 安装油谱在线监测装置的必要性分析 变压器作为变电站的核心设备，其运行的可靠安全性对于供电系统的稳定起到至关重要的作用。据统计，运行15年以上110kV或220kV主变，油谱在线监测安装率为0.9%。因此，为实时监督运行时间超过15年的变压器运行状态，防止变压器绝缘性能下降或附属设备发生故障，依据设备重要性，对运行时间超过15年的数十台220kV主变及安装油谱在线监测。 3 油谱在线监测装置原理及系统构成 变压器油谱在线监测系统主要由油气分离器、冷阱、载气调节与控制系统、空气清洁与干燥系统、温度控制系统、油中特性故障气体谱检测单元、故障诊断与数据管理软件（由工控机及操作系统构成）、通讯网络及数据远程控制与访问软件构成。 变压器油经油气分离器，在真空及超声波的激振作用下实现油气分离，冷阱除杂后，故障特性气体被导入定量室。定量室中的混合故障气体在载气的作用下经过谱柱，谱柱对不同气体具备不同的亲和作用，故障特性气体被依此分离。气敏传感器按出峰顺序对故障特性气体逐一进行检测，并将故障气体的浓度特性转换成电信号。数据采集器中心CP U对电信号进行转换处理、存储。数据采集器嵌入式工控机经RS485通讯获取本机日常监测原始数据。嵌入式数据分析软件对数据进行分析处理，分别计算出故障气体各组份及总烃含量。后台主控计算机故障诊断专家系统对变压器油谱数据进行综合分析诊断，实现变压器故障的在线监测分析。数据采集器可就地多路输出无源触点式报警信号直接进入用户自控系统。
单台数据采集器采集分析获得的变压器油运行状态数据经局域网交换机上传至系统后台主控计算机。数据经系统专用综合分析与故障诊断软件处理，实现报表、数据趋势分析、故障诊断与报警、TCP/IP方式数据远程传输与控制等系统功能，并形成由后台主控计算机统一控制的变压站网络式变压器油谱在线监测系统。
油中微水检测通过专业的外置微水在线检测装置实现，并将检测数据导入油谱在线监测数据库，实现变压器运行状态的综合诊断。
图1 系统工艺流程图
3.1油气分离器
油气分离器是构成变压器油谱在线监测系统的重要部件。在真空及超声波的激振作
用下，实现油中故障特性气体与油的彻底分离。
3.2 冷阱
真空脱气分离出来的故障气体中混合有油气挥发份，是油中特性故障气体谱检测单元的主要污染源。为保证谱检测单元的性能，本系统专门设计的冷阱除油装置（专利技术），彻底将C3以上碳氢化合物冷凝，实现系统的全寿命免维护。
3.3 数据处理器
数据处理器是监测系统的关键部件，承担数据采集器监测的全过程控制任务。它由油中特性故障气体谱检测单元、载气稳压稳流控制系统、数字恒温系统及中心控制CPU等共同组成。
油中特性故障气体谱检测单元由单一气相谱柱、气敏与红外传感器，通过载气线路相连而形成，是实现系统数据检测的一次主器件。
载气恒压稳流控制系统确保系统运行过程中的压力和流量稳定，是实现系统稳定检测的前提。
数字恒温系统由油温控制、谱柱柱温控制、冷阱温度控制等共同组成。恒温系统通过复数备份式温度传感器，将采集到的温度信号传送至中心CPU模块，由中心CPU单片机
控制程序实现系统温度的恒温控制。
中心控制CPU实现数据的自动检测、数据储存与转换。数据采集器谱检测单元通过I/O模块与CPU模块相连，CPU微处理机内置在线监测程序，自动控制数据采集器运行。CPU模块对内置存储器定时自动刷新，保存近期监测气体数据，实现系统定期自检。
在结构上，数据采集器主面板由运行面板和电源面板两部分组成；运行面板包括：运行状态指示、压力指示和温度控制。请参看运行面板图、电源面板图及说明。
另外，数据采集器的油循环进出连接口、载气进口与载气排空口、通讯与主电源接口，都嵌接在数据采集器的箱体内。
3.4 通信控制、专家自动诊断与数据远程传输
通信控制通过采用RS485、TCP/IP方式实现，实现现场数据采集器与主控室计算机的通信连接，完成监测系统日常检测功能。
专家自动诊断系统软件运行环境为Windows2000/XP ，管理人员不需要对主控计算机与系统设备进行日常操作，即可自动完成数据采集，实现故障气体数据的趋势、增益分析分析；自动生成日报表、历史数据报表；具备报警设置功能，同时支持监测数据的远程查
询服务。
变压器油气在线监测网络查询软件主要由主控软件包、网络设置组成。
按照要求，油谱监测系统采集的数据需接入电科院系统，采用在站内将油谱在线监测数据包装为IEC 61850数据格式，直接通过电网公司内部局域网上送电科院相关系统的接入方案。
4 现场安装与运行
本方案需在变压器油池安装就地控制箱一台，内含数据采集器，控制箱基础采用天然地基，C20素混凝土基础，垫层采用C15混凝土。就地控制箱电源取自主变端子箱交流电源，数据采集器信号通过屏蔽双绞线或者通信光缆连到主控室油谱监测屏。主控室安装的油谱监测屏，电源取自主控室UPS屏或者直流馈线屏。油谱信号经过站内综合数据网，可上送至电科院油谱系统监测平台。
本方案研究了现有电网系统油谱监测系统的安装现状，兼顾可行性与经济性，选择了几处重要节点，对长期重载、运行年限超过15年、试验数据处于临界值的主变绝缘油运行状态进行实时、连续监测，能够及时发现和诊断其内部故障，随时掌握设备的运行状况，
从而弥补了预防性试验离线谱的不足，对电网的安全运行有重要意义。
作者简介：宋芳超，大学本科；工程师，电气二次设计。
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