摘要：变压器是重要的电力设备之一，它在整个电网中承担着电压变化和传输的重要任务，与用户的供电息息相关。若这一环节出现故障及不能及时发现，便会导致供电量、供电质量的下降，影响用户的正常使用，甚至导致供电系统的瘫痪，影响正常的国民经济社会生活。因此，对变压器的实时在线监测至关重要。变压器油色谱在线监测系统的研究是近年来在变压器故障分析领域的一大重要方法，它可以通过分析油中溶解气体的组分、含量以及各气体的比值等变化进而判断变压器绝缘老化或出现故障的程度，从而实现对变压器的实时监测，防止故障的发生，为电力系统的可靠、高效、稳定运行提供保障。
关键词：变压器；油色谱在线监测装置；技术要点
1 导言
随着电力向大机组、高容量的迅猛发展，对关键设备运行状态的实时把握提出越来越高的技术要求，变压器油色谱在线监测从本质上改变了传统的变压器油监测方式。特别是对高容量、新型变压器的管理、运行和维护经验不足，很必要通过在线监测装置来随时监测运行设备的运行状况和缺陷变化趋势。不但提高了企业管理运营效率，也有效保障了变压器运行的安全可靠性。
2 色谱在线监测装置分类
目前，国内外现有的变压器油中溶解气体在线监测装置按测试对象的不同可以分为两类：一类是：检测单组分氢气和可燃气体含量。一般使用渗透膜进行油气分离，气皿元件做传感器，该装置只能作为故障的初期警报，不是真正意义上的色谱在线。优点是脱气方式简单，对氢气平衡快，对烃类气体平衡慢。缺点是油气分离平衡周期长，需十几到几十个小时，渗透膜一般安装在油路不循环的死油区，容易造成故障监测滞后。二类是：检测多组份含量在线色谱。可以测量4—7种组份的含量，一般采用动态顶空脱气法或用空气做载气的中空纤维膜渗透法等。其特点是流程简单，时间短，脱气率高，可实现多组分的精确定量，灵敏度高，能达到接近实验室色谱的灵敏度和准确度。
3 变压器油色谱在线监测装置技术
3.1油气分离单元原理
变压器油主要由碳氢化合物组成，当变压器中有故障发生时，由于故障发生的位置，持续时间，故障程度的不同，产生的故障气体成分也不同。气体在不同的外部条件下会达到动态平衡，分离混合气体的成分，显得尤为重要。油气分离单元见下图。
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油气分离单元组成
选择合理渗透系数的高分子膜，可以有效实现油气分离，实际生产中，往往选对气体分子有较大渗透系数的高分子膜。常用的油中气体监测设备包括气体的分离和检测部分。分离部分采用F46膜和厚度和孔径均为2mm的多孔不锈钢板。气室和传感器室待机时处于隔离状态，传感器室与大气为连通状态，保证设备正常工作，气敏元件长时间带电。当需要检测气室中气体时，电磁阀启动将传感器室与气室连通，同时与大气断开连接，为保证检测的定时性，需要使电磁阀有一定时间间隔进行开闭动作。
3.2动态顶空脱气法
动态顶空脱气法的原理是油样进入脱气模块后，把载气通入油中，在持续的气流吹扫下，样品中的组分随载气逸出，并通过一个装有吸附剂的捕集装置进行浓缩，在一定吹扫时间之后，样品中的组分全部或定量进入捕集器，由切换阀将捕集器中的组分迅速切换到色谱柱中进行分离。这种分离技术具有脱气速度快（一般仅需15～30min）、效率高、重复性好等优点，但油样与气样之间没有隔离，脱出的气样中会含有少量的油蒸汽，从而造成对色谱柱的污染，降低色谱柱的使用寿命。
3.3组分分离技术
组分分离是一种高效的物理分离技术，即色谱法，是利用样品中各组分在流动相和固定相中分配系数不同而进行分离的。组分分离由色谱柱来完成，固定相装在色谱柱中，流动相是能够使油气分离出来的气体进入色谱柱的载气，当两相作相对运动时，气体各组分在两相间进行反复多次分配，分配系数小的组分先流出色谱柱，分配系数大的后流出色谱柱，这样当流经一定柱长后各组分得到分离，通过传感器检测出各组分气体含量。色谱柱组分分离的好坏则影响到各种特征气体含量测量的准确度。
3.4监测装置温控检测技术要点
为了使油色谱在线监测装置正常运行在合理温度区间内，设计了变压器油中溶解气体在线监测装置恒温箱控制系统。该系统将温度传感器采集的温度数据发送给单片机进行处理，即主机判断实测温度超过设定温度范围时，单片机将发出电平控制信号启动加热片进行加热或制冷风扇进行制冷，使恒温箱内的环境温度保持在恒定范围内。我们针对主要步骤进行了分析。
3.4.1主机
微处理器是整个恒温箱温控系统设计的核心，选用AT89C51单片机作为油色谱在线监测装置恒温箱控制系统的主机。该单片机具有电压低、控制方便灵活、价格较低、使用性能好等特点，为自动控制系统提供了一种灵活性高且造价低廉的控制应用方案，被广泛应用于各种控制领域。单片机AT89C51通过温度传感器监测采集的温度数据来控制加热器或致冷器的启停，从而控制恒温箱的温度在设定范围内，确保恒温箱内的在线监测装置正常运行。
3.4.2温度检测模块
传统模拟信号温度传感器在环境测温时，存在的多点测温切换误差和放大电路零点漂移误差等问题，以及因监测现场环境恶劣而存在的电磁干扰等问题，对模拟信号温度传感器的测量结果及测量精度都有极大影响。为此，油色谱在线监测装置恒温箱控制系统采用了新型数字温度传感器DS18B20。该温度传感器抗环境电磁干扰能力强、体积较小、测量精度很高、测温范围较广，监测温度范围为-55～125℃，测量精度为±0.5℃。温度信号以“一线总线”串行方式传送给微处理器，同时向处理器传送ＣＲＣ校验码，具有极强的抗电磁干扰能力和纠错校验能力。测温系统正常工作时，微处理器向数字温度传感器DS18B20发出读／写命令后，按读／写时序，DS18B20把采集到的箱体内环境温度数据转化为十六位二进制数据，再按位发送给微处理器。
4 色谱在线监测装置的应用
4.1安装简便
在线监测装置安装只需预先做一个地基将仪器放置上面，再通上电源，预留下油路管道即可。一台仪器的安装与调试只需半天就可完成，耗时较短，且变压器无需停电。
4.2油路连接
将变压器的放油阀更换成由阀体和截止阀组成的取样阀，安装好之后既可以通过截止阀给色谱在线提供油样，又可以通过前部的放油口的位置进行全密封取样，以供给实验室进行其它项目的分析。从变压器底部采样，中部回油，且每次运行前进行一次油路循环，避免对死油进行分析而造成分析的误差及故障监测的滞后
5 结语
总而言之，变压器油色谱在线监测装置已经广泛投入使用，以实时监测变压器的运行情况，但实际应用情况并不那么理想，还存在很多装置准确性和装置故障影响正常生产的众多问题。在以后，还需要有关人员对相关方面的内容进行深探讨和研究。
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