變壓器油中溶解氣體全自動色譜檢測技術研究

摘要：通過全自動色譜分析技術的研究，可極大提高色譜檢測的準確性、重復性、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備潛伏性內部故障，已經成為一項極為重要的監測手段。傳統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、采集等試驗環節都需要人工去操作，并且每個環節的操作對試驗人員技術掌握熟練程度要求比較高，不同技術水平人員進行試驗導致有較大的誤差，造成試驗數據的不穩定，進而影響對設備故障類型的判斷，影響電力變壓器的安全穩定運行。并且現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，并且現有的技術手段分析周期長，效率低下，已遠遠不能滿足生產需求。

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

一、全自動色譜檢測技術的研究對現狀及技術發展的作用

全自動氣相色譜檢測技術的研究是利用虛擬儀器技術和網絡遠程控制技術整合了氣相色譜技術、頂空脫氣技術、色譜工作站網絡化技術等設計理念，可以實現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。

該系統設計無需人工操作，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據誤差，數據精準度更高；增加了單次分析的做樣個數，集中完成多個油樣的分析，大大節約了分析時間，有效的提高工作效率。

該系統同時具備強大的軟件數據模型，組織專家診斷，給出診斷意見、可通過Internet或GPRS無線網絡直接遠程操作硬件設備、查詢數據、遠程設備校準，并可將多臺主機組成一個網絡系統，實現色譜數據資源共享和遠程專家會診。

通過該技術的研究可建立起詳實的理論研究報告，研發出一套能夠全自動進行絕緣油色譜分析用的試驗設備。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。同時研發一套用于數據網絡共享的操作平臺，實現數據資源共享，為電力變壓器的長期穩定運行提供保障。

二、全自動色譜檢測技術研究內容

實驗室全自動油色譜檢測系統分兩部分研究，一是虛擬色譜儀設計研究，二是自動脫氣和進樣系統設計研究，兩部分采用分體式獨立結構設計，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計方式設計控制界面，由軟件來控制硬件。工作站建立完善設備數據庫，同時利用計算機網絡技術，實現對主機的遠程專家協助和數據資源共享等。依托色譜技術經驗，對氣路流程進行優化，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。對動態頂空脫氣技術進行研究，提高溫控精度，保證脫氣效率穩定，實現試驗數據的精準。

（1）全自動化智能操作。整個系統集取油、脫氣、排油、色譜分析系統于一體，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，完全避免了因傳統的人工操作造成的數據誤差，提高了分析精度和重復性，避免人工操作引起的分析誤差。

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

（3）虛擬儀器設計技術。儀器的工況條件、功能顯示通過虛擬儀器技術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，又可進行數據分析處理，并帶有專家智能診斷系統，具有數據管理功能強大、工作效率高、性能先進、適用性強等優點，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，具有性能穩定可靠，操作簡單等特點。

首創采用盤式脫氣技術，并設計有定位功能，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，有效減少了機構的復雜程度，使用可靠性有效提高。

整機采用智能化控制系統，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，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。該部分由推針機構和進取氣機構組成，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，對所操作油樣進行實施監控和控制。

其中取氣機構位于整機的上部，由直線導軌和伺服電機為驅動，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測，推針機構位于脫氣盤下部，并與上部的取氣機構位于同一條中軸線上，可配合取氣機構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的樣品信息中。是自動化控制信號端，為整個系統的智能化流程提供可靠地信息參照以及對執行效果進行有效監控。

四、預期目標和創新點

全自動色譜檢測系統兼具了氣相色譜儀、脫氣裝置和工作站軟件，完全的自動化流程，無需人工參與?？蛇B續分析1—16個樣品，振蕩頂空脫氣裝置通過閥切換技術實現自動進樣，工作站應用虛擬儀器技術，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，經過峰處理和外標數學模型，得到分析結果，并使用各種診斷模型，進行專家診斷，給出診斷意見。其突出的創新之處包括：

（1）振蕩脫氣和色譜分析系統一體化設計。針對目前變壓器油氣相色譜分析中聯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有機整合在一起，實現氣相色譜分析系統的一體化設計，從流程上避免了取氣逸散，減少了管道死體積。

（2）所設計的振蕩系統，可以保持活塞式脫氣瓶內常壓環境振蕩脫氣，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、數據分析、診斷報告，屏蔽了因操作員個體差異導致的人為數據誤差，數據精準度更高。

（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，集中完成多個油樣的分析，大大節約分析時間，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，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、結論

通過項目的實施可研發出一套全自動變壓器油色譜檢測系統，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，從事電氣設備調試維護工作。