新型變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)的研制_secret

1、 新型變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)的研制The Study of New Transformer Online Monitoring System摘要 介紹了新型變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。帶微孔的聚四氟乙烯膜使?jié)B透速度大大提高，僅用兩天時間可完成油氣分離；帶延遲毛細管的復(fù)合色譜柱達到了理想的分離度；新型熱線型氣敏傳感器靈敏且對數(shù)線性度好；整套裝置的分布式控制技術(shù)工作可靠、體積小、易維護。關(guān)鍵詞 在線監(jiān)測 油色譜 滲透膜 色譜柱 傳感器0 概述國內(nèi)外先后推出的多種變壓器油色譜在線監(jiān)測裝置普遍結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格昂貴12。為此我們研制了500 kV油浸變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)，原理見圖1。新系統(tǒng)的

2、主要特點是采用高效透氣膜、新型熱線傳感器和分布式控制等新技術(shù)，故取得了滿意效果。1 油氣分離技術(shù)油氣分離關(guān)鍵部件是不滲透油只滲透各種氣體成分的高分子透氣膜，它不僅要能滲透CO、H2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6六種氣體，還要有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，一定的機械強度，耐油，耐一定程度(如6080)的高溫，在運行中不蠕變破損，壽命長，故符合要求的不多。日本某公司的在線油色譜儀使用熔化連結(jié)PFA膜可以滲透CO、H2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6等各種氣體，但滲透氣體速度不理想，需710 d才飽和。聚四氟乙烯膜有高度的化學(xué)穩(wěn)定性，耐磨、耐油，拉伸和壓縮強度均好，物理機械性能完全滿足變壓器油氣

3、自動分離要求，但透氣性較差。為此采用一種帶有微孔(孔徑510 m)的薄膜，能耐受80油溫。圖2、3為常規(guī)和帶有微孔聚四氟乙烯膜兩種材料的滲透性能試驗結(jié)果，圖中相對滲透量pr為該時刻滲透量與飽和狀態(tài)下滲透量的比值。由圖可見帶微孔的聚四氟乙烯膜滲透速度明顯優(yōu)于不帶微孔的，僅45 h 6種氣體基本上都達到飽和。薄膜承受壓力時，膜上微孔可引起應(yīng)力集中。實驗證明微孔孔徑越大，膜強度越低，但當孔徑10 m時，強度與常規(guī)聚四氟乙烯膜基本相同。就氣體滲透性能而言，孔徑越大，氣體的滲透速度越快，氣體在薄膜氣液兩側(cè)達到平衡的時間和檢測間隔時間越短，有利于變壓器在線監(jiān)測。實驗發(fā)現(xiàn)孔徑10 m時，滲透速度隨孔徑增大而

4、加快，而超過此范圍則趨于飽和。因此取孔徑為510 m，既保留了聚四氟乙烯膜原有的強度，又充分提高了透氣速度。另外，化工中聚四氟乙烯分離氣體時，更換周期10 a，故其壽命可滿足在線監(jiān)測要求。2 色譜柱技術(shù)氣體樣品進入色譜柱后，各組分在柱中吸附力或溶解度不同，即流動相和固定相的分配系數(shù)不同，經(jīng)過一定柱長后，各組分便彼此分離，依次離開色譜柱進入檢測器分析測定。作為色譜柱總分離效能指標參數(shù)的分離度與固定相的性質(zhì)、柱長、柱溫、流動相的流速等多種因素有關(guān)，此外載氣種類、渦流也會影響分離效果。選擇色譜柱，不僅要根據(jù)氣相色譜分離原理和固定相的保留數(shù)據(jù)進行定性定量分析，還要大量試驗才能確定合適的分離條件。載氣要

5、求化學(xué)惰性好，不影響被測組分的分離，通常使用氫氣、氮氣等。我們用現(xiàn)場空氣經(jīng)干燥、去氧后作為載氣，這樣的裝置結(jié)構(gòu)簡單、易于維護。CO、H2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6六種特征氣體全部分離需要用兩根色譜柱。圖4中色譜柱直接連入檢測單元(氣敏傳感器)，色譜柱經(jīng)毛細管柱連入檢測單元。柱的固定相是Carbonseieve-B，用于分離CO、H2、CH4三種氣體，柱的固定相是Porapak P3，用于分離C2H2、C2H4、C2H6。在氣體分離中，樣氣同時進入柱和柱，由于毛細管的延遲效應(yīng)，柱中氣體分離出來通過檢測室后，柱中的氣體才分離出來，這樣檢測單元首先測出H2、CO、CH4三個組分的體積分數(shù)

6、，然后測出C2H2、C2H4、C2H6的體積分數(shù)。3 氣敏傳感器技術(shù)油色譜在線監(jiān)測中廣泛使用的SnO2半導(dǎo)體型氣敏傳感器靈敏度高、成本低，但體積較大，所用的色譜柱內(nèi)徑僅2mm，這樣色譜柱和傳感器的連接處存在較大的空腔使氣路在此形成渦流，降低色譜柱的分離度。實驗中SnO2傳感器的氣體出峰易出現(xiàn)拖尾現(xiàn)象。傳統(tǒng)的熱線型傳感器雖然體積小，但靈敏度較低，我們開發(fā)的熱線型傳感器靈敏度很高。表1為兩種傳感器的試驗結(jié)果，可見熱線型傳感器靈敏度明顯優(yōu)于SnO2傳感器，還有良好的對數(shù)線性度。和普通半導(dǎo)體傳感器不同，熱線型傳感器的工作電路為一電橋，有一調(diào)零電路，檢測時終端控制系統(tǒng)自動調(diào)電橋至平衡，保證基線輸出信號為

7、零。非檢測狀態(tài)傳感器不帶電，而檢測的氣體通常為低濃度，故傳感器能長期保持高靈敏度和穩(wěn)定性。4 控制系統(tǒng)設(shè)計圖1中所示主機為高性能微機，現(xiàn)場每個變壓器旁一終端機，組成一個主機、多個終端機的分布式控制系統(tǒng)。終端機負責(zé)控制氣體分離的流程、信號采集、數(shù)據(jù)存儲和上傳。主機的功能包括人機交互界面、數(shù)據(jù)接收及處理、絕緣診斷、故障報警、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢和報表打印等。終端機以89C51單片機為CPU，整個電路采用串行數(shù)據(jù)總線，以減小電路板面積。為避免通訊線路數(shù)據(jù)擁擠，減少通訊時間，每次檢測中A/D轉(zhuǎn)換得到約8 000個數(shù)據(jù)暫存在串行快擦寫128k bit存儲器X25F128中，掉電后數(shù)據(jù)不丟失。終端機檢測完畢

8、后，與主機聯(lián)絡(luò)各終端機依次將數(shù)據(jù)上傳給主機。主機和終端機之間距離約1200 m采用422串行通訊接口，和485相比，雖然通訊線多了兩根，但可實現(xiàn)全雙工通訊，更適用于節(jié)點不多的控制系統(tǒng)。232和422之間的轉(zhuǎn)換用MAX489E實現(xiàn)，片內(nèi)自帶抗靜電保護，可防止15kV的過電壓沖擊，同時在終端機對MAX489E用隔離電源供電，89C51串行接口到MAX489E之間加高速光電隔離，確保通訊線路和終端機有足夠的抗干擾能力。5 結(jié)語該系統(tǒng)在廣西平果變電站投運近一年，檢測結(jié)果與常規(guī)油色譜法檢測結(jié)果誤差5%，氣體體積分數(shù)2010-6，取得了滿意的結(jié)果，而且克服了常規(guī)方法檢測周期長，不能及時發(fā)現(xiàn)絕緣潛伏性故障的缺點，實踐證明該監(jiān)測系統(tǒng)有較大的推廣價值。參考文獻1 孫毓?jié)櫞笮妥儔浩魃V在線監(jiān)測裝置研制與運行變壓器，19