【摘要】? 文章阐述了绝缘油中早期气体在线监测的特点和监测装置原理，以甘肃金昌供电局利用绝缘油中溶解气体在线监测装置成功捕捉的330kV电抗器故障为例，对其应用情况进行分析总结，并对应用在线监测装置提出了建议。
　　Abstract: This paper introduces the theory and features of the on-line monitor for transformer key fault gases dissolved in dielectric oil. It also introduces that the on-line monitor have prevented a critical failure of 330KV reactor, and analyzes its application. Some suggestions on application of on-line monitor are given here.

Key words: transformer; gases in oil; on-line monitor

　　1? 概述
　　利用气相色谱法检测绝缘油中各种溶解气体的含量，是判断充油电气设备内部故障的有效手段。但是这项技术也存在着不足，每次检测都必须经过油样采集—油样运输—油气分离—色谱分析这样一个过程，而每一个环节都存在着影响最终检测结果的因素，使最终检测结果存在较大误差，这会对判断充油设备内部的故障类型及其严重程度造成很大影响。同时，这一技术不能进行实时检测，检测周期相对较长，对于发展较快的故障不能实现连续在线监测，难以充分发挥它的作用。近年来，国内外研制的小型气体在线监测装置，能对设备进行经常性地监测，随时掌握设备的运行状况，弥补了油中溶解气体气相色谱分析的不足，是一项很有实用价值的新技术。
　　2? 油中溶解气体在线监测的特点与原理
　　根据2001年全国变压器统计，110KV及以上电压等级在运行变压器共计14523台，GE公司的HYDRAN产品在国内已安装变压器台数为1400台，产品覆盖了大部分地区，且此产品已在国际范围内已安装了20000台次以上。故下面以HYDRAN产品为例，归纳分析油中溶解气体在线监测的特点与原理：
　　2．1检测原理简单可靠，探头部分免维护
　　HYDRAN? 产品的检测原理是电化学反应，变压器油中溶解的故障气体通过渗透膜进入反应装置，与空气中的氧气发生反应，作用出一个电信号，此电信号的大小就可标定出油中故障气体的多少。上述反应原理决定了此产品无探头中毒现象，不需定期更换，不需载气，基本实现了免维护。
　　2．2监测气体具有代表性
　　对于被监测特征气体的选择，有二类方式：
　　第一类，按实验室DGA方式，多种故障气体分别独立在线监测（7种以上气体）。优点是测量全面，
　　可部分替代实验室色谱（视管理规程而定）；缺点是设备复杂，故障率高，人员维护量大，且造价高昂。
　　第二类，选择早期故障气体（氢气，一氧化碳）为特征气体，实时监测并跟踪故障的发生与发展。
　　优点是简单可行，反应灵敏，故障率低，维护量小，造价低廉；缺点是不能替代色谱分析，只能看趋势，不能确定故障类型。
　　发生在变压器等充油设备内部可预先诊断的故障类型大致有过热、局部放电、火花放电、电弧放电和受潮等。绝缘油在上述故障的作用下可产生H2（氢）、CH4（甲烷）、 C2H6（乙烷）、 C2H4（乙烯）、 C2H2（乙炔）等用以判断设备故障的气体。绝缘油过热会产生乙烯和一定浓度的氢，局部放电主要产生氢和甲烷，绝缘击穿则产生高浓度的氢和乙炔，而且气体随着故障温度的升高而增多，不同类型的故障产生不同成份的气体，这些气体的产生及其产生的速率是与使用的材料、温度以及故障点的能量释放有直接关系的。浸油固体绝缘材料在上述故障的作用下主要产生CO（一氧化碳）和 CO2（二氧化碳）等气体，而这些气体的产生情况是随设备故障的类型和严重程度变化的。
　　变压器内部的绝缘材料以碳氢化合物或碳水化合物为主, 在分子结构中碳氢键 (C-H) 最多, 其键能最低, 因此在分解时最容易断裂， 而氢气的生成热最小, 因此在碳氢键断裂后氢气最易生成; 又因为氢气的分子半径最小, 在油中的溶解度也最小, 使氢气最容易从油中析出。
　　乙炔 (C2H2 )是放电性故障的典型特征气体，但 C2H2 分子中有 C-C 键, 生成时必须吸收较大的能量, 在局部放电的初期不可能产生 , 只有在火花放电后期才会有少量C2H2, 但此时距电弧放电很近, 恶性事故很快就会发生了。
　　由下图1可见，绝缘油裂解时会产生H2（氢气），固体绝缘纤维素裂解会产生CO（一氧化碳），此两种气体在故障温度比较低的时候就会产生，并随故障温度的升高，即随故障的发展，而呈线性增长。

　　　　　　　　　图1绝缘油和纤维素裂解时产生的气体成分与温度的关系

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所以选择此两种气体作为早期故障特征气体。
　　2.3设备元件可靠，适于在户外长期稳定运行
　　由于在线监测装置的安装，不可避免地要处在强电磁场之中，而电磁干扰会对监测装置监测的数据造成影响，使装置误报故障或漏报故障，失去在线监测的意义。同时大量设备处于户外，受环境因素影响很大。所以，如何让内置大量电子元器件的监测设备在户外稳定运行，就成为每位用户与厂家都必须要首先考虑的问题。在这一点上，GE公司的HYDRAN产品无论是在元件的选型，还是在出厂前的周密测试（包括温度测试，电涌测试，在各频点上的干扰测试，振动测试等等），都有同类产品所无法比拟的优势。
　　2.4设备自动化程度高，人员维护量小
　　在线监测类产品应具备较高的自动化程度，减小运行人员的维护量，为管理者提供及时准确的决依据。如果安装的在线监测产品，需要大量增加运行人员的维护量，那么，这种在线监测产品就失去了实际使用的意义。HYDRAN产品在变压器的探头内设计了CPU和存储器，可独立于后台计算机单独监测并存储数据，可定期自动检测自身仪器是否正常，如发现自身硬件出现问题会自动报警，不需运行人员定期校准和检测。
　　2.5通讯方式应灵活多样，满足现代通讯系统的要求
　　国内各地通讯发展水平不一，监测系统应可满足不同用户的要求，实现远程监控。HYDRAN产品
　　针对国内用户要求，设置了多种通讯方式，从直接电缆连接，电话线传输，到GSM无线传输，内部局域网络传输。
　　3． HYDRAN在线监测装置的实际应用
　　甘肃金昌供电局1997年在金昌变电站330kV二号主变压器上安装了HYDRAN 监测装置，并配有H201Ci-1通讯控制器，实现监测数据的远程传输,也可接入生产管理的MIS系统。1999年，在330kV电抗器改造时，在改造后的3台BKD-30000Var/330电抗器上安装了HYDRAN 201R监测装置。电抗器投运后，器身振动较大，最大振幅达250μm，在线监测装置虽未发出报警信号（第一报警值设为250ppm），气相色谱分析数据也未超标，但在线监测数据和气相色谱分析数据均呈上升趋势，尤其是B相电抗器监测数据增幅明显，9月份变电站设备检修时，进行停电试验，未发现数据异常。1999年9月22日进行远程监测时，B相电抗器监测出现报警信号，即监测数值超过250ppm，为256ppm，A、C相的监测数据增幅也较明显，分别为237ppm和224ppm。11月4日至13日，电抗器生产厂在现场对B相电抗器进行吊罩检查，发现电抗器绕组端部磁屏蔽板（其作用是阻挡铁芯饼漏磁进入铁芯夹件，引导其进入箱体磁分路板）中部发热严重。分析认为，电抗器绝缘油中溶解气体含量增加，是磁屏蔽板端部短路环产生涡流引起磁屏蔽板发热造成的，随后取消了磁屏蔽板端部短路环。

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　　设备投入运行后，除进行油中气体在线监测外，继续进行色谱跟踪分析，2000年5月至8月气体在线监测数值的变化曲线如图2、图3、图4，油中气体色谱分析结果与油中气体在线监测数据的对比如表1。

图2? A相电抗器在线监测数值变化曲线

　　　　　　　　　　　图3? B相电抗器在线监测数值变化曲线

　　　　　　　　图4? C相电抗器在线监测数值变化曲线