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　　1、緒論
　　
　　隨著電力系統(tǒng)電壓等級(jí)的提高、設(shè)備容量的增大，人們對(duì)供電可靠性提出了越來(lái)越高的要求。為了適應(yīng)電力系統(tǒng)發(fā)展的需求，克服定期檢修制度的缺陷，狀態(tài)檢修制度的推行已經(jīng)勢(shì)在必行。電力高壓設(shè)備在線監(jiān)測(cè)是適應(yīng)設(shè)備狀態(tài)檢修制度變革的需求而發(fā)展起來(lái)的新興的高技術(shù)行業(yè)，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)經(jīng)歷了一段時(shí)期的發(fā)展，近三年剛剛趨于成熟。在早期發(fā)展過(guò)程中由于技術(shù)方面的原因，此類(lèi)產(chǎn)品尚不夠穩(wěn)定，從技術(shù)角度還不滿(mǎn)足大面積使用的條件，安裝率較低。近期已經(jīng)被電力系統(tǒng)普遍接受，逐漸全面應(yīng)用與500kV以上變電站中，1000kV特高壓交流輸電示范工程中的應(yīng)用也表明了該類(lèi)產(chǎn)品已經(jīng)*成熟。
　　
　　從在線監(jiān)測(cè)產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展過(guò)程看，2003年以前處于技術(shù)探索的階段，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形式尚未定型，許多技術(shù)問(wèn)題未得到有效解決；2003年前后，制約在線監(jiān)測(cè)產(chǎn)品發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)陸續(xù)得以解決，業(yè)界形成了對(duì)關(guān)鍵技術(shù)的統(tǒng)一認(rèn)識(shí)；2004-2005年為在線監(jiān)測(cè)產(chǎn)品的試運(yùn)行階段，各項(xiàng)技術(shù)逐步完善成熟，在這個(gè)階段在線監(jiān)測(cè)產(chǎn)品的采購(gòu)量開(kāi)始增加，但基本上都以科技項(xiàng)目的形式安裝；2006年以后隨著用戶(hù)對(duì)在線監(jiān)測(cè)產(chǎn)品認(rèn)識(shí)的不斷加深，開(kāi)始進(jìn)入推廣階段。
　　
　　變壓器是電力系統(tǒng)中zui重要、zui貴重的設(shè)備之一，深入開(kāi)展變壓器狀態(tài)檢修工作不僅是必要的，而且是非常迫切的。變壓器狀態(tài)檢修涉及到了變壓器故障診斷、故障預(yù)測(cè)和綜合評(píng)估方法等內(nèi)容，由于變壓器是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，使得簡(jiǎn)單的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)具有不確定性和模糊性。評(píng)估變壓器狀態(tài)的方法包括油中溶解氣體分析、介質(zhì)損耗檢測(cè)、繞組阻抗、繞組變比測(cè)量、溫度監(jiān)測(cè)等傳統(tǒng)方法，以及局部放電、返回電壓、調(diào)壓裝置在線監(jiān)測(cè)、內(nèi)部溫度測(cè)量、在線功率因數(shù)測(cè)量、繞組位移變形測(cè)量等非傳統(tǒng)方法。其中油色譜在線監(jiān)測(cè)技術(shù)zui為成熟和穩(wěn)定，采用此技術(shù)的產(chǎn)品已成為變壓器在線監(jiān)測(cè)產(chǎn)品的主流。
　　
　　本文以寧波理工監(jiān)測(cè)科技股份有限公司生產(chǎn)的MGA2000-6型變壓器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為例，說(shuō)明此類(lèi)產(chǎn)品的應(yīng)用特點(diǎn)，并與實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，說(shuō)明了系統(tǒng)的應(yīng)用有效性。
　　
　　2、多組分氣體在線監(jiān)測(cè)方法
　　
　　從檢測(cè)機(jī)理上講，現(xiàn)有油中氣體檢測(cè)產(chǎn)品大都采用以下三種方法[2]：
　　
　　1）氣相色譜法
　　
　　色譜氣體檢測(cè)原理是通過(guò)色譜柱中的固定相對(duì)不同氣體組分的親和力不同，在載氣推動(dòng)下，經(jīng)過(guò)充分的交換，不同組分得到了分離，經(jīng)分離后的氣體通過(guò)檢測(cè)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)A/D采集后獲得氣體組分的色譜出峰圖[3]。根據(jù)組分峰高或面積進(jìn)行濃度定量。大部分變壓器在線監(jiān)測(cè)產(chǎn)品都采用氣相色譜法。這種方法具有以下的缺點(diǎn)：
　　
　　需要消耗載氣。
　　
　　色譜檢測(cè)環(huán)節(jié)對(duì)環(huán)境溫度敏感。
　　
　　色譜柱進(jìn)樣周期較長(zhǎng)。
　　
　　2）陣列式氣敏傳感器法
　　
　　采用由多個(gè)氣敏傳感器組成的陣列，由于不同傳感器對(duì)不同氣體的敏感度不同，而氣體傳感器的交叉敏感是極其復(fù)雜的非線性關(guān)系，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行反復(fù)的離線訓(xùn)練可以建立各氣體組分濃度與傳感器陳列響應(yīng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，消除交叉敏感的影響，從而不需要對(duì)混和氣體進(jìn)行分離，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)各種氣體濃度的在線監(jiān)測(cè)。其主要缺點(diǎn)是：
　　
　　傳感器漂移的累積誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果有很大的影響。
　　
　　訓(xùn)練過(guò)程（即標(biāo)定過(guò)程）相當(dāng)復(fù)雜，一般需要幾十到100多個(gè)樣本。
　　
　　3）紅外光譜法
　　
　　紅外光譜氣體檢測(cè)原理是基于氣體分子吸收紅外光的吸光度定律（比耳定律，Beer’sLaw），吸光度與氣體濃度以及光程具有線性關(guān)系。由光譜掃描獲得吸光度通過(guò)比爾定律計(jì)算可得到氣體的濃度。這種方法具有掃描速度快、測(cè)量精度高的特點(diǎn)。其主要缺點(diǎn)是：
　　
　　價(jià)格昂貴。
　　
　　由于采用精密光學(xué)器件，其維護(hù)量極大。
　　
　　檢測(cè)所需氣樣較多，至少要100mL。
　　
　　對(duì)油蒸氣、濕度很敏感。
　　
　　不同原理的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)各有特色，有的系統(tǒng)僅僅處在試用階段，難以大面積推廣。近年來(lái)，應(yīng)用成熟的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)仍是基于氣相色譜原理。
　　
　　3、色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成原理3.1變壓器色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　
　　根據(jù)狀態(tài)檢修對(duì)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的要求，MGA2000-6變壓器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由氣體采集器、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、監(jiān)控軟件、載氣以及其他連接附件組成。核心部件如電磁六通閥、一體式油泵、溫度控制器、氣泵、檢測(cè)器、復(fù)合色譜柱等均采用*產(chǎn)品。
　　
　　圖1變壓器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)MGA2000-6工作流程圖
　　
　　系統(tǒng)在微處理器控制下，進(jìn)行熱油冷卻、油中溶解氣體萃取、流路切換與清洗、柱箱與檢測(cè)器溫度控制、樣氣的定量與進(jìn)樣、基線的自動(dòng)調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)采集與處理、定量分析與故障診斷等分析流程。如圖1所示。變壓器油在內(nèi)置一體式油泵作用下進(jìn)入氣體采集器，經(jīng)過(guò)毛細(xì)管的萃取，分離出變壓器油中的溶解氣體，經(jīng)過(guò)油氣分離后的變壓器油流回變壓器油箱，萃取出來(lái)的氣體在內(nèi)置微型氣泵的作用下進(jìn)入電磁六通閥的定量管中。定量管中的氣體在載氣作用下進(jìn)入色譜柱，然后，檢測(cè)器按氣體流出色譜柱的順序分別將六組分氣體（H2、CO、CH4、C2H4、C2H2、C2H6）變換成電壓信號(hào)。數(shù)據(jù)采集器將采集到的氣體濃度電壓量通過(guò)RS485通訊總線上傳給安裝在主控室的數(shù)據(jù)處理服務(wù)器，數(shù)據(jù)處理服務(wù)器根據(jù)儀器的標(biāo)定數(shù)據(jù)進(jìn)行定量分析，計(jì)算出各組分和總烴的含量以及各自的增長(zhǎng)率，再由故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)對(duì)變壓器進(jìn)行故障分析，從而實(shí)現(xiàn)變壓器故障的在線監(jiān)測(cè)。
　　
　　3.1組網(wǎng)方式
　　
　　MGA2000-6系統(tǒng)除了單機(jī)工作方式外，還可以組成三級(jí)遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，安裝在設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集器通過(guò)有RS485總線或CAN總線連接，安裝在控制室內(nèi)的服務(wù)器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口以TCP/IP協(xié)議接入用戶(hù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，由此組成的網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)如圖2所示。
　　
　　圖2MGA2000-6組成的有線遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
　　
　　圖3MGA2000-6組成的無(wú)線遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
　　
　　此外，MGA2000-6系統(tǒng)還可以通過(guò)GPRS技術(shù)組成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，如圖3所示。
　　
　　一個(gè)電廠或變電站可以用一臺(tái)數(shù)據(jù)處理服務(wù)器，通過(guò)控制多臺(tái)數(shù)據(jù)采集器，每臺(tái)數(shù)據(jù)采集器與一個(gè)氣體采集器相連，每一臺(tái)氣體采集器可監(jiān)測(cè)一臺(tái)電力變壓器。
　　
　　4、系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)
　　
　　MGA2000-6型變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可同時(shí)高精度在線監(jiān)測(cè)變壓器油中溶解的氫氣（H2）、一氧化碳（CO）、甲烷（CH4）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）、乙烷（C2H6）等六種氣體組分，并通過(guò)計(jì)算獲得總烴的含量、各組份的相對(duì)增長(zhǎng)率以及增長(zhǎng)速度。該系統(tǒng)的檢測(cè)指標(biāo)如表1所示：
　　　　
　　MGA2000-6的主要技術(shù)特點(diǎn)為：
　　
　　ü檢測(cè)原理：氣相色譜原理
　　
　　ü檢測(cè)器：的納米晶半導(dǎo)體氣體檢測(cè)器
　　
　　ü脫氣方式：毛細(xì)管平衡滲透原理
　　
　　ü分離方式：復(fù)合色譜柱
　　
　　ü進(jìn)樣方式：電磁六通閥自動(dòng)進(jìn)樣
　　
　　ü溫度控制：雙回路多模式恒溫控制
　　
　　ü數(shù)據(jù)采集：采用過(guò)采樣技術(shù)的Δ-Σ型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，24位分辨率，改變?cè)鲆婧罅砍膛c零點(diǎn)自動(dòng)校準(zhǔn)
　　
　　ü定量方式：峰高定量
　　
　　ü網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：支持TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，支持遠(yuǎn)程監(jiān)控與遠(yuǎn)程維護(hù)
　　
　　MGA2000-6的技術(shù)參數(shù)為：
　　
　　üzui小分析周期：1小時(shí)，由用戶(hù)設(shè)定
　　
　　ü校準(zhǔn)周期：由用戶(hù)設(shè)定
　　
　　ü檢測(cè)器使用壽命：5年
　　
　　ü色譜柱使用壽命：5年
　　
　　ü通訊距離：RS485，2000米（數(shù)據(jù)采集器與數(shù)據(jù)處理器之間的通信）
　　
　　ü控溫精度：±0.1℃
　　
　　ü環(huán)境溫度：-40℃~+70℃
　　
　　ü工作相對(duì)濕度：5～95%
　　
　　MGA2000-6系統(tǒng)的主要功能如下：
　　
　?。?）可同時(shí)自動(dòng)定量分析變壓器油中溶解的H2、CO、CH4、C2H4、C2H6、C2H2、H2O以及各自的增長(zhǎng)率；
　　
　?。?）可以選擇數(shù)據(jù)報(bào)表、趨勢(shì)圖、直方圖等多種顯示方式；
　　
　?。?）具有設(shè)備故障診斷功能；
　　
　?。?）具有故障發(fā)展趨勢(shì)分析功能；
　　
　?。?）具有設(shè)備故障報(bào)警功能；
　　
　　（6）具有網(wǎng)絡(luò)功能。
　　
　　5、油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置的基本評(píng)價(jià)方法
　　
　　為了達(dá)到變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)的目的，對(duì)各種商業(yè)化的變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置的實(shí)用性要有一個(gè)綜合評(píng)價(jià)體系。
　　
　　ü裝置的可靠性要高
　　
　　變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置要能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，不允許出現(xiàn)誤報(bào)警或漏報(bào)警，必須有足夠長(zhǎng)的定標(biāo)周期和數(shù)年以上的使用壽命，應(yīng)比實(shí)驗(yàn)室或便攜式儀器的要求要嚴(yán)格得多。
　　
　　ü監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性
　　
　　在線監(jiān)測(cè)裝置測(cè)得的油中氣體組分含量應(yīng)與同時(shí)間所取油樣在實(shí)驗(yàn)室常規(guī)氣相色譜分析的數(shù)據(jù)值可比，趨勢(shì)一致，同時(shí)數(shù)據(jù)要有重復(fù)性和再現(xiàn)性。因此，油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)必須盡可能在靠近油流動(dòng)處安裝，使變壓器內(nèi)部因故障產(chǎn)生的氣體盡快到達(dá)檢測(cè)器而被檢測(cè)，否則，故障可能會(huì)延遲幾天后才能被檢測(cè)器檢測(cè)到，使測(cè)試結(jié)果失去了及時(shí)性和準(zhǔn)確性。
　　
　　ü診斷的可信度要高
　　
　　如果某變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置的功能是對(duì)運(yùn)行中變壓器故障的初期診斷，當(dāng)監(jiān)測(cè)儀出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，應(yīng)立即取油樣進(jìn)行色譜分析，以確認(rèn)故障是否存在并進(jìn)一步判斷故障的類(lèi)型及其嚴(yán)重程度。實(shí)際上，變壓器在一開(kāi)始運(yùn)行就或多或少地含有一定量的可燃?xì)怏w，例如在鐵和不銹鋼的作用下，會(huì)產(chǎn)生較多的氫氣，隨著運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，可燃?xì)怏w含量會(huì)逐漸增加，檢測(cè)變壓器內(nèi)部故障嚴(yán)重程度的主要依據(jù)是氣體增長(zhǎng)速率而不是氣體含量的值，故對(duì)于運(yùn)行年限不同的變壓器，其初期可燃?xì)怏w含量不同，在線監(jiān)測(cè)裝置應(yīng)有按不同的報(bào)警水平的可調(diào)功能。
　　
　　如果某種變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置的功能，除具有上述不同報(bào)警水平的可調(diào)功能外，還具有自動(dòng)判斷故障類(lèi)型、性質(zhì)、嚴(yán)重程度及發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)等功能，則要求診斷的可信度至少要與離線色譜分析儀的分析準(zhǔn)確度可比。這類(lèi)裝置目前在運(yùn)行部門(mén)，不過(guò)往往在報(bào)警后仍習(xí)慣取油樣在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行色譜分析。如果經(jīng)運(yùn)行部門(mén)多年運(yùn)行考核，兩者的結(jié)果值可比、趨勢(shì)一致，其可信度將會(huì)推動(dòng)變壓器實(shí)施以在線監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ)的狀態(tài)維修的進(jìn)程。因此，凡稱(chēng)具有這種功能的在線監(jiān)測(cè)裝置，其測(cè)量結(jié)果的可信度一定要穩(wěn)定、可比、可靠。
　　
　　ü在線監(jiān)測(cè)裝置要有較高的自動(dòng)化程度
　　
　　隨著自動(dòng)化控制技術(shù)和人工智能的發(fā)展，電力系統(tǒng)已投入了各類(lèi)專(zhuān)家系統(tǒng)，因此在線監(jiān)測(cè)裝置的信號(hào)處理技術(shù)不僅要智能化程度高，而且要預(yù)備與電廠、變電站的自動(dòng)化管理裝置集成的接口，運(yùn)行部門(mén)需要時(shí)可將在線監(jiān)測(cè)裝置與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)。同時(shí)，油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置的診斷裝置能與幾臺(tái)在線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的檢測(cè)結(jié)果構(gòu)成綜合智能診斷裝置，科學(xué)的判斷變壓器的運(yùn)行狀況。
　　
　　總之，油中溶解氣體的在線監(jiān)測(cè)至少可以提供變壓器故障的初步信息，對(duì)發(fā)現(xiàn)有故障的變壓器再進(jìn)一步利用色譜分析等方法進(jìn)行二次診斷，目前由于運(yùn)行習(xí)慣等原因雖不能*代替現(xiàn)有的色譜分析等試驗(yàn)手段，但對(duì)具有多功能的油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)及智能診斷裝置，經(jīng)運(yùn)行部的多次反復(fù)對(duì)比，如果確實(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)值可比、趨勢(shì)一致、診斷結(jié)果準(zhǔn)確率高，則zui終將逐漸取代常規(guī)的離線油中氣體色譜分析。
　　
　　6、運(yùn)行實(shí)例
　　
　　龍羊峽水電站3#主變?cè)?008年進(jìn)行離線色譜分析時(shí)發(fā)現(xiàn)存在乙炔，為保證設(shè)備安全可靠，我公司對(duì)該主變采取五天一個(gè)樣的跟蹤分析，大大增加了維護(hù)人員的工作量。為此，該主變于2008年2月29日試裝MGA2000-6變壓器色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行同步在線監(jiān)測(cè)，設(shè)置系統(tǒng)每天采樣三次，實(shí)時(shí)跟蹤色譜數(shù)據(jù)的發(fā)展。以下是在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與離線色譜數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢(shì)對(duì)比圖：
　　
　　圖4離線色譜數(shù)據(jù)與在線監(jiān)測(cè)趨勢(shì)對(duì)比圖
　　
　　通過(guò)上述實(shí)例的對(duì)比與分析，可以如下結(jié)論：
　　
　　1）MGA2000-6變壓器色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所測(cè)數(shù)據(jù)，與實(shí)驗(yàn)室色譜分析結(jié)果具有可比性，各組分濃度的增長(zhǎng)趨勢(shì)與實(shí)驗(yàn)室色譜跟蹤趨勢(shì)一致，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可信。
　　
　　2）MGA2000-6變壓器色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)控軟件功能強(qiáng)，并可提供原始譜圖。該系統(tǒng)技術(shù)比較成熟，產(chǎn)品性能穩(wěn)定可靠，靈敏度較高。
　　
　　7、結(jié)論
　　
　　油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)是實(shí)現(xiàn)變壓器狀態(tài)檢修的重要基礎(chǔ)，目前，利用色譜原理的油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置較為成熟，已經(jīng)為電力系統(tǒng)相關(guān)部門(mén)普遍接受。然而，現(xiàn)有產(chǎn)品的性能仍是良莠不齊，必須利用多種有效手段綜合分對(duì)色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)。經(jīng)過(guò)對(duì)MGA2000-6的運(yùn)行測(cè)試，該系統(tǒng)所測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)室色譜有可比性，能夠有效的跟蹤變壓器的運(yùn)行狀態(tài)，是一種穩(wěn)定可靠的變壓器色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。