GE便携式Transport X技术论文.pdf

变压器油检测系统技术论文 1 V1 0 油浸式变压器油浸式变压器 油中溶解气体及微水便携式监测仪油中溶解气体及微水便携式监测仪 Transport X 通用电气商业通用电气商业 上海上海 有限公司有限公司 凯尔曼电力科技凯尔曼电力科技 上海上海 有限公司有限公司 2008 年 10 月 变压器油检测系统技术论文 2 V1 0 前前 言 言 在现代电力工业的设备运行和维护中 要求在电厂或电站运行的关键变压器特别是发 现有异常的变压器上经常进行故障气体 微水含量 局部放电 绕组变形等多种项目的测 量 从这些结果中得到的科学信息是电力部门预计并控制安全服务和运行成本的诸多因 素 随着现代科技的快速发展以及微处理器的引入 使智能化便携式检测仪器的广泛应用 成为可能 它可从多气体比值判断故障性质及类型 采取必要措施 使变压器的故障在初 期就得到预防 从而将故障消灭在萌芽阶段 更显示出了他的重要作用 近年来在国外各 大电力部门的应用已经证明 便携式检测技术对电力设备的充分利用 提高效益 延长使 用寿命以及降低运行维护费用方面都有极大的作用 自 1960 年以来 世界电力工业广泛使用变压器油中多种故障气体的色谱分析及多比 值 TD 图等判断方法为电力部门的安全高效运行提供重要依据 但其测量周期较长 脱气 误差较大以及耗时较多等问题 尚难满足安全生产和状态检修的要求 因此 变压器油中 多种故障气体的检测就成为迫切的需要 由国家质量监督局颁布的最新国家标准 变压器油中溶解气体分析和判断导则 中指 出了变压器绝缘油的产气原理是由于绝缘油和固体绝缘材料在电及热作用下的分解 低能 量放电故障促使最弱的 C H 键断裂 主要重新化合成氢气 乙烯在高于甲烷和乙烷的温度 下生成 大量的乙炔是在电弧的弧道中产生 标准定义了 对判断充油电器设备内部故障有价值的特征气体 即氢气 H2 甲烷 CH4 乙烷 C2H6 乙烯 C2H4 乙炔 C2H2 一氧化碳 CO 和二氧化碳 CO2 并说明氧气 O2 和氮气 N2 可作为辅助判断指标 因此对包含氧气 O2 在内的 8 种故障气体进行在线检测才能符合中国国家标准的要求 由于实验室油中溶解气体分析方法是间隔一定时间的周期分析 它能够检测出变压器 内部潜伏期长 发展缓慢的故障 但对发展快 甚至突发性的故障 则往往容易反应不及 时 而难以预防此类事故的发生 便携式变压器油中溶解气体检测设备 就是为了弥补其实验室周期分析的不足而发展 起来的 因为即使突发性故障 也有一个发生 发展的时间过程 只要能够针对有异常的 变压器油检测系统技术论文 3 V1 0 变压器在现场提高检测频率并对结果进行分析 就可以在很大程度上避免所谓突发性事故 的发生 英国凯尔曼公司从 2000 年初开始进行将光声光谱 PAS 技术应用于变压器油中溶解 气体分析方面的研发 经过 3 年多的努力 大量的油样分析 跟不同实验室色谱仪的比对 试验 数学模型的建立和修正等 于 2003 年研制成功了 Transport X 型便携式油中溶解 气体分析仪 并于 2004 年研制出 Transfix 型在线式油中溶解气体分析仪 Transport X 使用欧洲先进技术和部件 克服了环境变化 仪器恒温 信号干扰 机械振动等各种难 题 成功地实现现场检测变压器油中的 7 种故障气体及微水 它可以直接在变压器现场进 行人工采样 将 50ml 油样注入检测设备后 根据触摸屏的提示进行操作 可在 23 分钟内 完成检测 油中气体及微水的含量即可显示出来 操作无需专门培训 首台 Transfport X 于 2003 年由美国阿拉巴马电力公司购买 经过近 5 年多的运行 设备状况非常稳定 重复 性和稳定性良好 获得了客户的高度评价 在中国第一台便携式设备由黑龙江黑河电业局 于 2004 年购进 目前仍在使用 Transport X 不仅仅能够检测变压器油中的 7 种故障气体 而且能够检测变压器油中的 微水含量 和传统的变压器色谱分析仪相比 Transport X 不仅仅性能大为提高 而且它还 能实现变压器微水的检测 同时 该设备同实验室设备相比 具有很好的一致性 详见 山东电科院比对试验报告 到 2007 年底 已有 2000 多台设备 广泛应用在美国 英国 加拿大 墨西哥 丹 麦 德国 挪威 奥地利 瑞士 瑞典 韩国 马来西亚 新加坡 澳大利亚等国家的电 力系统中 在国内已有超过 200 台设备投入使用 在线式主要集中在大型发电厂和 220 千 伏以上的变电站 便携式主要用户为各省级电科院及各供电局油化班 国内业绩详见业 绩表 系统原理系统原理 和传统的气相色谱分析仪比较 设备采用了领先的 动态顶空平衡 法进行油气分 离 专利光声光谱技术进行气体检测 1 油气分离 变压器油检测系统技术论文 4 V1 0 图 1 脱气模块 图 1 是油气分离模块 即脱气模块 其采用的是 动态顶空平衡 进行脱气 在脱气 的过程中 采样瓶内的磁力搅拌子不停的旋转 搅动油样脱气 析出的气体经过检测装置 后返回采样瓶的油样中 在这个过程中 光声光谱模块间隔测量气样的浓度 当前后测量 的值一致时 认为脱气完毕 该脱气方式满足 ASTM 3612 标准及 IEC 相关标准 1 气体检测 Transport X 是利用光声光谱技术实现变压器油中故障气体的检测 光声光谱是基于光 声效应的一种光谱技术 光声效应是由分子吸收电磁辐射 如红外线等 而造成 气体吸 收一定量电磁辐射后其温度也相应升高 但随即以释放热能的方式退激 释放出的热量则 使气体及周围介质产生压力波动 若将气体密封于容器内 气体温度升高则产生成比例的 压力波 检测压力波的强度可以测量密闭容器内气体的浓度 一个简单的灯丝光源可提供包括红外谱带在内的宽带辐射光 采用抛物面反射镜聚焦后 进入光声光谱测量模块 光线经过以恒定速率转动的调制盘将光源调制为闪烁的交变性 号 由一组滤光片实现分光 每一个滤光片允许透过一个窄带光谱 其中心频率分别与预 选的各气体特征吸收频率相对应 变压器油检测系统技术论文 5 V1 0 图 2 光声光谱原理图 如果在预选各气体的特征频率时可以排除各气体的交叉干扰 则通过对安装滤光片的 圆盘进行步进控制 就可以依次测量不同的气体 经过调制后的各气体特征频率处的光线 以调制频率反复激发样品池中相的气体分子 被激发的气体分子会通过辐射或非辐射两种 方式回到基态 对于非辐射驰豫过程 体系的能量最终转化为分子的平动能 引起气体局 部加热 从而在气池中产生压力波 声波 使用微音器可以检测这种压力变化 声光技 术就是利用光吸收和声激发之间的对应关系 通过对声音信号的探测从而了解吸收过程 由于光吸收激发的声波的频率由调制频率决定 而其强度则只与可吸收该窄带光谱的特征 气体的体积分数有关 因此 建立气体体积分数与声波强度的定量关系 就可以准确计量 气池中各气体的体积分数 由于光声光谱测量的是样品吸收光能的大小 因而反射 散射光等对测量干扰很小 尤其在对弱吸收样品以及低体积分数样品的测量中 尽管吸收很弱 但不需要与入射光强 进行比较 因而仍然可以获得很高的灵敏度 图 3 光声光谱模块图 变压器油检测系统技术论文 6 V1 0 通过观查变压器故障气体的分子红外吸收光谱发现 其中存在不同化合物分子特征谱 线交叠重合的现象 通过进一步研究 可寻找到合适的独立特征频谱区域以满足检测各种 气体化合物的要求 从而也从根本上消除了检测过程中不同气体间发生干扰的问题 系统优点系统优点 Transport X 采用了先进的 动态顶空平衡 法进行脱气以及光声光谱法进行气样检 测 因此和传统的变压器油中故障气体检测仪器相比较有以下一些优点 1 由光声光谱测量部件特性而知 较传统的气相色谱 GC 分析仪器而言 光声光谱分析 仪所需的校验工作将大为减少 2 光声光谱检测技术无需气相色谱分析仪器中所需的消耗品 如载气等 3 采用光声光谱技术的仪器内光声室 一般仅2 3mL 容积较小 意味着仅需少量样品即 可进行测试 且便于迅速清理光声室以满足快速 连续测量的要求 通常光声室的清理 时间仅为1 2分钟 而多数实验室气相色谱仪器则需要几十分钟的清理时间 4 Transport X 不仅仅能够检测变压器油中7种故障气体 而且还能够检测油中的微水含 量 因此Transport X 不仅仅能够同时替换传统的色谱分析仪和微水测试仪 而且还能 够使操作简单 不易产生污染 5 由于系统采用光声光谱技术测量气体含量 因此没有传统的色谱柱以及色谱柱老化 污 染 饱和等缺点 并且系统没有固态半导体传感器 不受CO或其他气体污染 6 系统在运行过程中 不需要频繁校准 7 系统的重复性能好 有相当高的测量一致性 8 系统在设计过程中充分考虑变压器现场的恶劣工作环境 因此系统具有较好的抗振性 较高的防护等级 由于内部具有温度补偿功能 因此其受环境温度影响小 在0 50 都能正常的工作 变压器油检测系统技术论文 7 V1 0 系统结构 系统结构 脱气模块 光声光谱模 块 油样进入油样输出 温度补偿模 块 高精度ADC 以及CPU控 制模块 显示模块 输出控制模 块 通讯模块 数据存储模 块 图4 Transfix 内部模块图 图4是Transport X 系统的模块图 油样泵入脱气模块 经过脱气得到的气样进入光声 光谱模块 光声光谱模块处理后将得到的电信号传送给高精度ADC CPU控制其工作并且 得到相应的数字信号随后根据温度补偿模块的信号 对数据进行修正 修正后的数据存放 于数据存储模块 规格以及参数规格以及参数 1 技术指标 温 度 工作温度 0 50 净 重 11kg 外 壳 170 340 460mm 高 宽 长 2 测量范围 气体种类气体种类 检测范围检测范围 氢气 H2 5 5 000ppm 二氧化碳 CO2 2 50 000ppm 一氧化碳 CO 1 50 000ppm 甲烷 CH4 1 50 000ppm 乙烷 C2H6 1 50 000ppm 乙烯 C2H4 1 50 000ppm 乙炔 C2H2 0 5 50 000ppm 微水 H2O 0 100 RS 变压器油检测系统技术论文 8 V1 0 3 精度 微水精度 3ppm 其他 5 或 2ppm 最低检测浓度 取大者 意义意义 变压器是电力系统的重要设备 其状态好坏直接影响电网的安全运行 因此 对电力 变压器进行在线监测 及时掌握设备的状态 一直是电力工作者的梦想和追求 变压器的 状态检测主