變壓器油中溶解氣體全自動色譜檢測技術(shù)研究

摘要：通過全自動色譜分析技術(shù)的研究，可極大提高色譜檢測的準確性、重復(fù)性、檢測效率，釋放人力資源，為變壓器的安全提供可靠保障。

關(guān)鍵詞：變壓器；安全；油中溶解氣體；色譜儀；全自動

Abstract：The study of automatic chromatographic analysis technology can greatly improve chromatographic detection accuracy， repeatability， detection efficiency and the release of human resources， offering reliable guarantee for the safety of the transformer.

Key words：Transformer； Safety； Gases dissolved in transformer oil； Chromatograph； Fully automatic

引言

氣相色譜法檢測變壓器及充油電氣設(shè)備潛伏性內(nèi)部故障，已經(jīng)成為一項極為重要的監(jiān)測手段。傳統(tǒng)的實驗室變壓器油色譜分析，在進行油中溶解氣體分析時，進氣、脫氣、取氣、進樣、采集等試驗環(huán)節(jié)都需要人工去操作，并且每個環(huán)節(jié)的操作對試驗人員技術(shù)掌握熟練程度要求比較高，不同技術(shù)水平人員進行試驗導致有較大的誤差，造成試驗數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定，進而影響對設(shè)備故障類型的判斷，影響電力變壓器的安全穩(wěn)定運行。并且現(xiàn)有的氣相色譜儀一次僅能分析一個樣品，而絕緣油色譜分析存在定期集中分析的特點。一旦開展檢驗工作，樣品量都比較大，幾十只甚至上百只的油樣集中分析，給試驗人員造成了很大的勞動強度，并且現(xiàn)有的技術(shù)手段分析周期長，效率低下，已遠遠不能滿足生產(chǎn)需求。

隨著超高壓、特高壓輸變電設(shè)備快速增長，依靠油色譜數(shù)據(jù)準確判斷變壓器等充油設(shè)備的健康狀況變得日益重要，對色譜數(shù)據(jù)的準確性提出了更高要求。目前的變壓器油色譜檢測技術(shù)已經(jīng)使用了20多年，色譜數(shù)據(jù)準確度已經(jīng)不能滿足對特高壓、超高壓變壓器狀態(tài)評價的要求，有必要開展全自動變壓器油色譜檢測技術(shù)及關(guān)鍵裝備研發(fā)，全面排除人為操作、測試環(huán)境等因素干擾，大幅度提高油色譜檢測數(shù)據(jù)的準確性，為高參數(shù)、大容量輸變電設(shè)備的狀態(tài)評價和潛伏性故障診斷提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。

一、全自動色譜檢測技術(shù)的研究對現(xiàn)狀及技術(shù)發(fā)展的作用

全自動氣相色譜檢測技術(shù)的研究是利用虛擬儀器技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)遠程控制技術(shù)整合了氣相色譜技術(shù)、頂空脫氣技術(shù)、色譜工作站網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)等設(shè)計理念，可以實現(xiàn)對絕緣油的全自動化分析，無需人工操作，一個流程同時可以分析1-16只油樣。

該系統(tǒng)設(shè)計無需人工操作，自動化完成整個流程分析，屏蔽了因操作員個體差異導致的人為數(shù)據(jù)誤差，數(shù)據(jù)精準度更高；增加了單次分析的做樣個數(shù)，集中完成多個油樣的分析，大大節(jié)約了分析時間，有效的提高工作效率。

該系統(tǒng)同時具備強大的軟件數(shù)據(jù)模型，組織專家診斷，給出診斷意見、可通過Internet或GPRS無線網(wǎng)絡(luò)直接遠程操作硬件設(shè)備、查詢數(shù)據(jù)、遠程設(shè)備校準，并可將多臺主機組成一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實現(xiàn)色譜數(shù)據(jù)資源共享和遠程專家會診。

通過該技術(shù)的研究可建立起詳實的理論研究報告，研發(fā)出一套能夠全自動進行絕緣油色譜分析用的試驗設(shè)備。對于變壓器絕緣油的檢測真正做到操作自動化，降低試驗過程中的人為誤差因素。同時研發(fā)一套用于數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)共享的操作平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享，為電力變壓器的長期穩(wěn)定運行提供保障。

二、全自動色譜檢測技術(shù)研究內(nèi)容

實驗室全自動油色譜檢測系統(tǒng)分兩部分研究，一是虛擬色譜儀設(shè)計研究，二是自動脫氣和進樣系統(tǒng)設(shè)計研究，兩部分采用分體式獨立結(jié)構(gòu)設(shè)計，共用一個工作站操作平臺控制操作，工作站操作平臺采用虛擬設(shè)計方式設(shè)計控制界面，由軟件來控制硬件。工作站建立完善設(shè)備數(shù)據(jù)庫，同時利用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)對主機的遠程專家協(xié)助和數(shù)據(jù)資源共享等。依托色譜技術(shù)經(jīng)驗，對氣路流程進行優(yōu)化，研制高效的抗污染氣相色譜柱提高色譜柱分離效能。對氣相色譜用檢測器進行改進，提高檢測靈敏度和精準度。對動態(tài)頂空脫氣技術(shù)進行研究，提高溫控精度，保證脫氣效率穩(wěn)定，實現(xiàn)試驗數(shù)據(jù)的精準。

（1）全自動化智能操作。整個系統(tǒng)集取油、脫氣、排油、色譜分析系統(tǒng)于一體，用戶只需將油樣放置在托盤里或通過軟管連接在主機樣品進口，便可自動完成整個分析流程，完全避免了因傳統(tǒng)的人工操作造成的數(shù)據(jù)誤差，提高了分析精度和重復(fù)性，避免人工操作引起的分析誤差。

（2）自動閥進樣技術(shù)。系統(tǒng)采用定量管閥進樣技術(shù)，具有精度高、重復(fù)性好的特點，避免了手工進樣造成的試驗誤差，提高了試驗準確性。

（3）虛擬儀器設(shè)計技術(shù)。儀器的工況條件、功能顯示通過虛擬儀器技術(shù)完全顯示在配套的工作站界面上，儀器的操作全部可通過工作站進行，全面實現(xiàn)自動化、智能化。

（4）人性化的工作站軟件。全自動變壓器油分析氣相色譜儀工作站，擁有簡潔易用的界面，操作人員可輕松掌握其使用方法。該工作站既可對儀器進行控制，又可進行數(shù)據(jù)分析處理，并帶有專家智能診斷系統(tǒng)，具有數(shù)據(jù)管理功能強大、工作效率高、性能先進、適用性強等優(yōu)點，可立即對變壓器故障狀況進行分析診斷。

三、全自動變壓器油色譜分析研究的關(guān)鍵點和難點

（1）脫氣部分。采用機械振蕩的原理方式，將被檢測油樣中所溶解氣體進行有效的脫出，具有性能穩(wěn)定可靠，操作簡單等特點。

首創(chuàng)采用盤式脫氣技術(shù)，并設(shè)計有定位功能，可利用一臺伺服電機對振蕩脫氣和油樣定位進行精確控制，有效減少了機構(gòu)的復(fù)雜程度，使用可靠性有效提高。

整機采用智能化控制系統(tǒng)，加熱、溫控、定時振蕩、延時報警，均由微機自動控制。

采用高性能大扭矩伺服電機和傳動機構(gòu)，整機性能可靠，噪聲小，具有精確的定位精度和振幅控制。

可同時對16支油樣進行脫氣。

（2）取氣部分。該部分由推針機構(gòu)和進取氣機構(gòu)組成，可通過能夠有效防止外部氣體進入氣路流程的正壓取氣方式完成氣體的定量提取和注入操作，并通過獨有的圖像識別功能作為控制依據(jù)，對所操作油樣進行實施監(jiān)控和控制。

其中取氣機構(gòu)位于整機的上部，由直線導軌和伺服電機為驅(qū)動，控制取氣針進行精確地定位，可對被操作油樣進行定性和定量監(jiān)測，推針機構(gòu)位于脫氣盤下部，并與上部的取氣機構(gòu)位于同一條中軸線上，可配合取氣機構(gòu)的動作要求進行動作補償。

（3）圖片識別。能夠自動識別活塞式脫氣瓶中油位高度并計算出脫氣體積，并能識別脫氣瓶編號并將脫氣體積自動保存到工作站相應(yīng)的樣品信息中。是自動化控制信號端，為整個系統(tǒng)的智能化流程提供可靠地信息參照以及對執(zhí)行效果進行有效監(jiān)控。

四、預(yù)期目標和創(chuàng)新點

全自動色譜檢測系統(tǒng)兼具了氣相色譜儀、脫氣裝置和工作站軟件，完全的自動化流程，無需人工參與。可連續(xù)分析1—16個樣品，振蕩頂空脫氣裝置通過閥切換技術(shù)實現(xiàn)自動進樣，工作站應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)，智能控制脫氣裝置和色譜儀的工作過程，采集色譜分析譜圖，經(jīng)過峰處理和外標數(shù)學模型，得到分析結(jié)果，并使用各種診斷模型，進行專家診斷，給出診斷意見。其突出的創(chuàng)新之處包括：

（1）振蕩脫氣和色譜分析系統(tǒng)一體化設(shè)計。針對目前變壓器油氣相色譜分析中聯(lián)合使用的振蕩脫氣儀、氣相色譜儀因取氣中樣品逸散、管道死體積多等因素引起測試準確性的問題，本項目將振蕩脫氣和氣相色譜分析系統(tǒng)有機整合在一起，實現(xiàn)氣相色譜分析系統(tǒng)的一體化設(shè)計，從流程上避免了取氣逸散，減少了管道死體積。

（2）所設(shè)計的振蕩系統(tǒng)，可以保持活塞式脫氣瓶內(nèi)常壓環(huán)境振蕩脫氣，有效避免回溶影響。

（3）全程自動化控制，放樣后一鍵操作完成整個分析流程，包括進氣、脫氣、取氣、進樣、采集、數(shù)據(jù)分析、診斷報告，屏蔽了因操作員個體差異導致的人為數(shù)據(jù)誤差，數(shù)據(jù)精準度更高。

（4）單次多樣品分析，一個流程同時可以分析1-16支油樣，增加了單次分析的做樣個數(shù)，集中完成多個油樣的分析，大大節(jié)約分析時間，有效提高工作效率。

（5）首次在氣相色譜分析中加入圖像識別系統(tǒng)，進行多信息識別，包括圖像識別脫氣量、變電站信息等，提高色譜儀自動化水平。

五、結(jié)論

通過項目的實施可研發(fā)出一套全自動變壓器油色譜檢測系統(tǒng)，對于變壓器絕緣油的檢測真正做到操作自動化，降低試驗過程中的人為誤差因素，提高油色譜檢測試驗的準確性和重復(fù)性；多樣品同時檢測分析，極大地提高了油樣集中分析效率。

參考文獻：

[1]朱明通，快速自動全脫氣進樣裝置在變壓器油氣相色譜分析中的應(yīng)用，變壓器，2007（7）。

[2]國家能源局，變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則，電力行業(yè)標準，1974。

作者簡介：閆國棟，河南商丘人，助理工程師，從事電氣設(shè)備調(diào)試維護工作。