变压器油光谱在线监测-戚峻豪

1、变压器油中溶解气体 在线监测系统 (油光谱) Henan Relations Co.Henan Relations Co.，LtdLtd. . 戚峻豪戚峻豪 VAISALA Optimustm DGA 一应用背景 一、为什么要监测油中溶解气体？ 1：确保电力变压器的安全可靠运行； 2：实践证明，DGA技术是最有效手段； 3：国家标准强制要求； 一应用背景 二、相关标准 IEC60599 Ed. 2.1 2007-05 浸渍矿物油电气设备溶解和游离气体分析结果解释导则 IEC60567 -2011 注油电气设备气体抽样以及游离和溶解气体分析指南 ANSI/IEEE Std C57.104-200

2、8 油浸式变压器产生气体的描述指南 GB/T7252-2001 变压器油中溶解气体分析和判断导则 DL/T 722-2014 变压器油中溶解气体分析和判断导则 一应用背景 三、故障气体产生的原因 变压器产生故障气体的主要原因是热、电和机械应力，这些应力在以下情况下产生： 1、电晕和火花放电； 电晕是由电游离产生的，首先发生在带电物体的尖端处，火花放电是一种间歇性放电 ，放电持续时间很短，微秒级。 2、过热； 过热包括局部过热和大面积过热，局部过热一般发生在故障早期，热点温度可达 500左右，但不足以让纤维素碳化，大面积过热则无局部过热点。 3、电弧； 电弧是一种持续性的放电现象，产生比电晕更明

3、亮的电弧光，且具有更高的温度。 4、变压器油； 油过热： 温度低于500时，释放出CO2和H2O；温度高于500时，释放出C2H4，CH4和C2H6。 油热解： 当变压器承受极大应力（电弧）时释放出H2，CH4，C2H2和C2H4。 5、纤维素； 纤维素过热：变压器内部使用大量的有机绝缘材料，这些绝缘材料的纤维素在密封条件下 过热时，分解出CO，CO2和H2O。 纤维素热解：纤维素热解产生：CO，CO2，H2O和焦碳，当温度高于250时，产生的 CO高于CO2.。 一应用背景 被测气体被测气体设备内部状况设备内部状况 N2与5%或更少的氧气(O2)密封变压器处于正常运行状态 N2与大于5%的氧

4、气（O2)检查变压器密封情况 N2、CO或CO2，或CO、CO2同时存在变压器过负荷或过热，引起绝缘纸热裂解，检 查运行条件 N2和H2电晕放电，水电解或铁锈 N2、H2、CO或CO2电晕放电涉及到绝缘纸或变压器严重过负荷 N2、H2、CH4和少量的C2H4、C2H6火花放电或别的不严重的故障，在油中引起放 电 N2、H2、CH4、CO、CO2及少量的其 他烃类气体，通常不存在C2H2 火花放电或别的不严重的故障，涉及到固体绝 缘 N2、大量的H2及其他烃类气体，包括 C2H2 内部存在高能量的电弧放电，引起油快速劣化 N2、大量的H2、CH4、C2H4及少量的 C2H2 局部高温过热，通常由

5、于接触不良或铁芯多点 接地引起，故障未涉及到固体绝缘 N2、大量的H2、CH4、C2H4及少量的 C2H2，另外还有CO、CO2存在 局部高温过热，通常由于接触不良引起，故障 已涉及到固体绝缘 四、气体及设备状态对应表 二系统简介 VAISALA Optimustm DGA 为客户提供： 激光光谱法测量 在线无忧监测电源变压器的故障气体， 无误报警， 该监测仪完全免维护， 在恶劣环境中安全可靠运行。 三三系统特点 VAISALA Optimustm DGA VAISALA Optimustm DGA 缘缘何何与众与众不同？不同？ 三系统特点 1、更高的测量性能 维萨拉洁净室中设计生产的光学红外

6、传感器。 光谱扫描提供选择性气体测量。 真空气体提取，与油温、油压和油液类型无关。 独有的自动校准功能解决长期漂移问题，无需重新校准。 2、设计功能强大 密封结构支持真空和压力变化。 与油液接触的部件和管路都采用不锈钢和铝制材料。 无耗材，意味着无需定期维护。 采用磁力泵/阀，提供高耐用度。 3、安装运行简单 在短到两小时内安装和试运行。 以一小时输出为间隔持续运行，无需平均数据。 基于浏览器的用户界面，支持轻松地查看和共享数据及更改设置。 系统异常时可自我诊断和自行恢复。 四核心技术 真空除油装置 真空脱气单元 激光分光扫描单元 四核心技术 1、传感技术 用于测量二氧化碳和碳氢化合物的传感技

7、术是基于红外（IR）光吸收原理，不同 的气体有其独特的吸收特性。从油中提取的混合气体被压送到光学测量模块中，由 微辉光光源发射的红外线照射。 光学测量模块扫描一系列不同波长的红外光并分析吸收以及吸收形态的峰值，为 检测到不同气体和其浓度提供良好的分离性。这种专有的测量方法消除了来自变压 器油中的不同碳氢化合物气体相互间影响，避免了气体干扰。 利用维萨拉的电容式薄膜聚合物HUMICAP传感器，直接在油中测量水分，20年 来，这种传感器一直运用于变压器监测中。氢气是通过固态传感器直接在油中进行 测量，这种传感器与维萨拉的MHT410变送器中的传感器相同。 所有红外传感器元件、光源、滤波器和探测器都

8、是基于单晶晶圆片的微机电系统 （MEMS）制造的。这些元器件都根据Optimus溶解气体分析监测仪做了设计和优化 ，并由维萨拉自己的洁净室加工制造。为了将可靠性能最大化，光学测量模块中没 有移动部件。 四核心技术 2、气体抽取技术 在局部真空（在一个控制温度的极低绝对压强）情况下从变压器中提取气体。 相比传统的顶空脱气法，真空抽取能促使更完全的气体分离，提高测量可靠性。 相比顶空脱气法，真空抽取明显更少依赖油中的气体溶解度（奥斯特瓦尔德常 数），所以不需要任何温度或油液的特定补偿，Optimus溶解气体分析监测仪中所 使用的气体抽取方法源自出版物国际电工技术委员会60567：2005“7.3

9、通过部分脱 气法实现真空抽取”中提出的原理。 3、光学元件 传统上，光学元件可能会受到内部或外部的污染限制，有了维萨拉Optimus 溶 解气体分析监测仪，内部气体抽取和油处理机制都将得以建立并受到控制，以便从 油中带出的污染物不会聚集在光学元器件表面。任何外部污染都将通过一个完全密 封的结构得以消除，这就意味着环境空气不会接触到该光学模块的任何部分。 四核心技术 4、溶解气体循环技术 提取出来的气体经过分析后，又将溶解到油中去。自动溶解过程将受到严密的 控制和监测。还有一些特殊的辅助机械结构可以防止气泡逃离监测仪进入变压器。 气体溶解后，油将按照当初提取时的相同条件再输送回到变压器。油、气接

10、触部分 的密封结构以及重新溶解整个过程都经过优化处理，消除了可燃气体聚集在仪器罩 内的风险。 5、独有的密封机械结构 所有与油和气接触的机械部件和结构都由铝或不锈钢制成，且塑料管道不会与 油接触。由于整个结构是气封的，即使是在最不可能的设备故障情况下，环境空气 中的氧气或水分也不会进入系统污染变压器油。漏油的风险也已经尽可能降到了最 低。 四核心技术 6、自动校准 Optimus 溶解气体分析监测仪具有几个专有的和独特的自动功能，可以检测和消 除已知的基于红外线技术的漂移成因，如光源强度下降或在滤波器传输方面的变化 。 7、自我诊断 在测量周期内，Optimus溶解气体分析监测仪通过比较不同的

11、参数和设置，仔细 提前定义参考值来持续跟踪内部功能。该装置不断记录各组成元素的状态，如传感 器，阀门和泵。为了确认无泄漏操作，与油和气体接触的结构气密性将通过在真空 下和在气体压送至光学模块期间的压力传感器进行持续监测。 如遇突然断电，该装置会自动停止运作并关闭所有阀门。一旦市电恢复，在将 设备行进至一个安全起点以继续正常运行之前，自我诊断机制将自动识别监测仪状 态和测量周期阶段。该装置会将所有重要操作参数记录在一个自我诊断日志文档中 ，如果出现任何异常现象，可下载该文档并进行远程分析。 五技术参数 变压器油中溶解气体测量参数变压器油中溶解气体测量参数 检测项目检测项目检测范围准确度重复性 甲

12、烷甲烷 010000ppm10ppm或读数的10%10ppm或读数的5% 乙烷乙烷010000ppm10ppm或读数的10%10ppm或读数的5% 乙烯乙烯 010000ppm10ppm或读数的10%10ppm或读数的5% 乙炔乙炔 05000ppm2ppm或读数的10%1ppm或读数的10% 一氧化碳一氧化碳010000ppm10ppm或读数的10%10ppm或读数的5% 二氧化碳二氧化碳010000ppm10ppm或读数的10%10ppm或读数的5% 氢气氢气05000ppm25ppm或读数的20%15ppm或读数的10% 水水0100ppm2ppm或读数的10%包含在准确度中 VAISALA Optimustm DGA气体测量参数 五技术参数 五技术参数 五技术参数 六现场安装 1