变压器设备中氢气及微水在线监测系统

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、局部放电和绕组变形等项目的测量。测量结果可以预测运行成本和设备安全性。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，在线检测仪器的发展速度正在稳步提高。在线检测仪器的功能不断改善而价格在逐步下降，使智能化在线检测仪器的广泛应用成为可能。由于通讯技术的发展使得在线检测的结果能够快速传递到远距的分析和控制中心，在出现故障时不但能及时自动报警并可从多气体比值判断故障性质及类型，采取必要措施，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，在线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。
一、变压器油中溶解气体分析
对变压器油中气体的检测分析是对变压器运行状态进行判断的重要监测手段。变压器在运行中由于种种原因产生的内部故障, 如局部过热、放电、绝缘纸老化等都会导致绝缘劣化并产生一定量的气体溶解于油中，不同的故障引起油分解所产生的气体组分也不尽相同（见表1）, 从而可通过分析油中气体组分的含量来判断变压器的内部故障或潜伏性故障。对变压器油中溶解气体采用在线监测方法, 能准确地反映变压器的主要状况, 使管理人员能随时掌握各站主变的运行状态, 以便及时作出决策，预防事故的发生。变压器油中溶解气体在线监测的关键技术包括油气分离技术、混合气体检测技术。
表1、不同故障类型产生的油中溶解气体

故障类型	主要气体组分	次要气体组分
油过热	CH4, C2H4	H2, C2H6
油和纸过热	CH4, C2H4, CO,CO2	H2, C2H6
油纸绝缘中局部放电	H2, CH4, C2H2, CO	C2H4, CO2
油中火花放电	C2H2, H2	-
油中电弧	H2, C2H2	CH4, C2H4, C2H6
油和纸中电弧	H2, C2H2, CO, CO2	CH4, C2H4, C2H6
进水受潮或油中气泡	H2	-

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在线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。
二、选择氢气和微水作为测量对象
矿物质绝缘油以其高介电强度和化学稳定性被用作电气设备的绝缘流体。在正常运行情况下是非常稳定的，但在外界因素如故障左右下会经历化学反应。众所周知，对油中气体进行定量分析可以判别变压器故障，如局部放电、过热和电弧，从下表中可以看出对绝大部分的故障而言，氢气是关键的早期故障指征气体，而水分则是影响绝缘材料介电强度的关键因素。因而，选择高性价比的油中溶解氢气及微水在线监测装置可以为常规充油电力设备（如35kV油浸式电力变压器等）实现绝缘系统的早期报警，为此类设备保驾护航。

高温分解（过热）
低温	氢气，甲烷，乙烷
高温	氢气，乙烯，甲烷，乙烷
局部放电	氢气
电弧	氢气，乙炔，甲烷，乙烷，乙烯
介电强度	微水

三、油中溶解氢气及微水在线监测装置
绝缘油测试装置可以对电力变压器绝缘油进行可靠的在线监测，该监测装置采用独家设计的一体式检测器，能够实时传送与变压器油绝状况相关的精确测量值和趋势数据，以避免严重的损失和昂贵的维修费用。
3.1、氢气检测
氢气在线监测单元专门用于测量氢气含量，该检测装置使用特有的催化燃烧式可燃气体传感器TGS6812，TGS6812-D00是催化燃烧式的可燃气体传感器，可以检测100%LEL水平的氢气，此传感器具有精度高，耐久性与稳定性好，快速响应、线性输出的特点.TGS6814是催化燃烧式的气体传感器,是TGS6812的升级版本。可以检测100%LEL水平爆炸下限的甲烷气体，亦可以检测H2，此传感器不但具有优异的耐久性与快速响应能力，与此同时,线性输出与输出的高度稳定性也是其主要特征。
3.2、微水检测
变压器油中微水传感器专门为监测变压器油中微水而设计，可以通过该传感器准确地检测变压器绝缘油中的微水含量，并传输到变压器绝缘油在线监测设备平台， 使用户及时准确地了解油中含水量，从而判断变压器的运行工况及潜在的运行故障。
本产品主要部件均为国外厂商制造，拥有可靠的质量保证，传感器外壳采用金属材料，一次性成型，防护等级高，适用于较为恶劣的现场环境。

BDVB TrafoStick TS4x传感器是德国Passerro研发的适用于现场在线使用，专门用于可重复测量变压器绝缘油的击穿电压、含水量和温度的传感器。一款用于电力变压器的坚固紧凑的在线传感器。声学解决方案的硬件实现，一个镀铝压电谐振器，扩展到包括湿度和温度传感器，被封装在一个紧凑的铝外壳中。

使用可永久暴露在变压器油中的材料。测试和校准程序是在对900多个不同变压器的3800多个油样进行评估的基础上制定的。
该计算考虑了油水分（WC）、酸值（TAN）、温度（T）和击穿电压之间的强相关性，由一个32位嵌入式系统在传感器中执行，该系统使用浮点处理（FPU）并使用查找表（查找表）。油样极限行为的表示已在查找表中考虑在内。

分解图显示了紧凑型TrafoStick的部件，也可用于非常狭窄的安装情况。在共振室和声音传感器上放置了一个湿度和温度传感器。使用1英寸的管螺纹将传感器拧入变压器外壳。当然，为了能够通过Modbus TCP与传感器建立连接，还需要额外的组件。5 VDC/250 mA电源也经过优化，可将传感器连接到以太网接口。

优势

BDVB TrafoStick TS4x首次能够在整个运行时间内确定变压器最重要的测量值。只有掌握了这些知识，才有可能对电力设施中最重要的资源之一的剩余使用寿命做出合理的估计。
BDVB TrafoStick TS4x的测量数据在实际操作条件（负载、温度等）下连续实时记录，并通过Modbus TCP直接传输至网络管理。
变压器介电强度的自动实时监测可以观察变压器的安全状态，识别趋势，最重要的是，及时采取措施，提高变压器的安全性，并可能提高整个供电区域的安全性。

德国Passerro 在线击穿电压传感器 绝缘油测试装置 BDVB TrafoStick TS4x 参数：

四、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要是检测变压器油中气体的种类和含量。通过故障氢气含量及产气速率，分析变压器内部故障以及发展趋势，生产主管部门立即组织人员进行综合分析，诊断设备的状态，减少损失，避免恶**故的发生，将传统的定期维护转为状态维护，从而提高电网的安全经济运行，改善对用户的服务质量。