变压器油色谱在线监测系统产品概述及行业环境分析

第一节 产品定义、性能及应用特点

当变压器存在潜伏性过热或放电故障时，如铁心、绕组等局部过热，局部电晕放电和匝间、层间短路，沿面放电等引起电弧放电，都会引起变压器油和固体绝缘裂解，从而产生大量的气体。分析溶解油中的气体含量、产气速率等，就能分析判断设备内部存在的潜伏性故障并可随时掌握故障的发展情况，特别是对过热性、电弧性和绝缘破坏性的故障等，不管故障发生在变压器的何种部位，都能很好地反映出来。

1、工作原理

色谱在线监测系统主要由油气分离检测器、色谱监测控制箱、微机处理及诊断单元组成。一台主变压器对应一个油气分离检测器；微机处理、控制及诊断单元由单元信号处理及数字采样模板、通讯模板及工业计算机构成。

一台工控机能控制20台主变压器。由于含有不同化学健结构的碳氢化合物有着不同的热稳定性，所以绝缘油随着故障点温度的升高依次裂解生成烷烃、烯烃和炔烃。每一种烃类气体最大产生率都有一个特定的温度范围，故绝缘油在不同的故障性质下产生不同成份、不同含量的烃类气体，如出现电晕放电时主要是氢气，电弧放电时主要是乙炔，高温热点主要是乙烯。这些气体在绝缘油中饱和溶解度很大，所以有相当数量的气体溶于绝缘油中。用分析油中含气成份检测异常的方法，根据气体的组分和各种气体的含气量及其逐年的变化情况等，以判断故障的种类、部位和程度等。

色谱在线监测系统采样方式为模块方式，它采用工业RS485总线接口，检测信号在现场进行A/D转换，用数字信号将转换数据传送到主控室，消除了长距离传输耦合的干扰信号，电缆用量小，在控制箱与主机之间仅用一条电缆，所以施工简便，可靠性高，抗干扰能力强。

系统的气体检测采用了气相色谱原理。溶解在变压器油中的故障特征气体经气体采集器采集后，在内置微型气泵的作用下，进入电磁六通阀的定量管，定量管中的故障特征气体在载气作用下流过色谱柱，然后，气体检测器分别将六组分气体（H2、CO、CH4、C2H2、C2H6、C2H4）变换成电压信号。数据采集器将采集到的电压信号通过RS485上传给安装在控制室的数据处理器，数据处理器根据仪器的标定数据进行定量分析，计算出各组分和总烃的含量以及各自的增长率，再由故障诊断专家系统对变压器故障进行诊断，从而实现变压器故障的在线监测。这些方法的特点是能有效地判断出用电气试验不易确定的轻度故障、铁芯的局部事故之类的毛病；还可以在初期阶段就发现在缓慢发展的事故。它的特点是信息量充分，故障反映灵敏。

2、主要产品

1） 氢气在线监测装置

变压器内部的油和纸、布、漆等绝缘材料都是碳氢化合物或碳水化合物，在受热和电作用下发生分解，由于氢气需克服的键能最低，所以氢气最早生成，放电性故障和过热性故障都会产生氢气，氢气是各种形式故障中最先产生的气体，也是电力变压器内部气体组成成分中最早发生变化的气体。变压器油受热分解，大约500˚C时开始产生氢气，并随温度升高急剧增加，另外氢气分子在所有的气体中分子直径最小，在油中的溶解度很小，容易流动扩散，使氢气检测相对于其他气体来说比较容易实现。所以以氢气作为特征气体，用一种对氢气有一定灵敏度、又有较好稳定性能的敏感元件，在变压器运行中监测其油中氢气含量的变化，实现在线及时预报。这就是目前微机型TRAN系列变压器故障监测仪、Dog-1000型变压器油氢气浓度在线监测仪和3、4号主变使用的北京日月飞科技公司生产的BGY型主变油色谱在线监测仪使用的原理。

以：BGY型主变油色谱在线监测仪为例，透膜和氢敏器装在气室内，构成一个密封整体，装在变压器循环油路部位，透膜实现油气分离，当氢敏器件加上额定电压和电流时，随着气室中被测氢气含量的变化，在氢敏器件两极之间产生变化的信号（该信号与氢气浓度成对数关系），该信号被放大处理后经阻抗匹配分3路输出报警，其原理图如图。

BGY型氢气监测装置原理图

2）乙炔在线监测装置

氢气产生的起始温度最低，而乙炔产生的起始温度最高。通常认为，故障部位的温度能代表故障的程度，所以从这个角度可以认为检测油中乙炔的浓度比氢气更重要。目前由上海电力学院研制的智能乙炔测定仪就是依照这个原理。

3）油中多种气体的在线监测装置

在变压器中，绝缘油分解产生的主要是氢、烃类气体，绝缘纸等固体绝缘材料分解产生的主要气体是CO和CO2，故障时变压器油中CO的含量会明显增加，所以一般将氢气和CO作为绝缘材料分解的特征气体。目前市场上有代表性的产品是中能电力科技开发公司与加拿大GE Syprotec公司合作引进的HYDRAN系列变压器早期故障在线监测系统。HYDRAN装置的传感器是通过一个阀门与变压器箱体或油管联接，使变压器油中溶解气体经过具有可选择性的渗透膜进入电化学气体检测器（传感器），在传感器内气体与空气中的氧气发生化学反应，产生一个与反应速度成比例的电信号，输出的电信号经整流放大和温度补偿后，以体积分数值显示在装置的显示屏上，并通过检测读数偏离基线的速度，预测变压器的故障。其原理图见下图。

HYDRAN传感器原理图

4）其他便携式诊断装置

市场上还有一种用氟聚合物薄膜实现将特征气体H2、CO、CH4、C2H2、C2H4、C2H6从油中分离并采用新型催化媒气体传感器检测气体含量，能判断是否存在异常及故障类型的便携式诊断装置。还有一种便携式光电设备用检测变压器油中的糠醛浓度来判断变压器固体绝缘材料老化程度，因为虽然变压器绝缘纸的聚合度是最能表征变压器固体绝缘老化程度的指标，是非常准确、可靠、有效的判据，但是这项试验要求变压器停运、吊罩才能取纸样，使其应用受到限制。而油中糠醛的浓度可以反映纸绝缘的聚合度，其变化率则可反映纸的老化速率，克服了现场取纸样困难和损伤绝缘的缺点。

5）典型的在线色谱监测仪

（1）Truegas气体分析仪

美国Serveron公司的Truegas变压器气体分析仪，以99.9999%的超高纯氦气为载气，以热导池为检测器，可测量8种气体，包括H2、CO、CO2、O2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6。

该监测仪的原理是：把经散热器降温后的变压器油送入监测仪中的特制的气体萃取器油室，流过油室后再泵回变压器。气体萃取器连续不断地萃取油中溶解气体，4小时后可达到气体平衡。由超高纯载气氦携带气样进入色谱柱。各特征气体在色谱柱中分离后，先后进入热导池。检测结果由计算机计算保存、处理，并以"#$ 方式远程读取。测量结果可由软件以图表方式直观显示，与之相关的变压器内部状况的诊断结果可以直接给出。对CO、CO2、C2H2、C2H4。的测量，灵敏度可达1ΜL/L或10%（取大者），其它4种气体的测量灵敏度可达10%。其工作环境温度范围很宽，可从-40˚C到+55˚C。建议的采样周期为24h。

（2）C201-6在线色谱监测仪

加拿大加创集团公司的C201-6在线色谱系统的油气分离采用高分子薄膜，特征气体经复合色谱柱分离后，由气敏传感器依次检测；对H2的标称灵敏度为1ΜL/L；对C2H2的标称灵敏度为0.5ΜL/L。

（3）SPJC在线色谱监测系统

SPJC在线色谱监测系统是在重庆大学高电压与电工新技术教育部重点实验室大量研究的基础上研制而成的。系统采用特制高分子薄膜实现油气自动分离，渗透平衡时间为2d～3d：。采用极高分辨率的多传感气敏元件，可同时检测运行变压器油中H2、CO、CH4、C2H2、C2H4、C2H66种溶解气体。C2H2检测范围为1ΜL/L～5000ΜL/L，其余五种气体的检测范围为10ΜL/L～5000ΜL/L。故障诊断采用了经过模糊处理的三比值法。

（4）MGA2000-6系统

宁波理工监测设备有限公司的MGA2000-6型变压器色谱监测系统，其油气分离单元采用了透气性非常突出的新型油气分离材料和全新设计的结构，油气接触面积比一般平板膜大1000倍以上。在分离过程中采用油路、气路双循环，油气分离速度得到大幅度提高，可在1h内实现所有故障特征气体的平衡。MGA2000-6 系统的组分分离单元采用了先进的色谱柱技术和分离单元整体恒温的技术措施，特制的色谱柱使分离度最小的H2与CO保留时间差达到了25s 以上，彻底解决了因为传感器恢复时间不足而导致的拖尾迭加问题。

（5）上海交大的监测系统

上海交大研制的监测系统的油气分离单元采用了带微孔的聚四氟乙烯薄膜。采用双色谱柱，柱1直接连入检测器，柱2经毛细管柱连入检测器。柱1与柱2的固定相不同，前者用来分离H2、CO2、CH4三种气体，后者分离C2H2、C2H4、C2H66。其气体检测器采用其自行研制的热线型传感器能长期保持高灵敏度和稳定性。

（6）BSZ系列监测装置

辽宁电科院（即东北电力科学研究院）和本溪电业局于1993年研制了BSZ-1型变压器油在线色谱监测装置，并投入试运行。1994年又推出了bsz-2型变压器油在线色谱装置，且已在辽宁、浙江等地投运10多台。BSZ-3型装置可以同时监测两台变压器。BSZ系列装置可以按任意选定的监测周期按时自动测出变压器油中可燃气体CH4、C2H4、C2H2、C2H6等气体组分含量及总烃值。

3、系统特点

色谱监测适用于110-500KV大型变压器油色谱在线监测及智能化诊断。可同时监测运行变压器油中的H2、CO、CH4、C2H4、C2H2、C2H6六种溶解气体，具有以下特点：

1）良好的气体分离性能采用自主研制、性能优异的高分子聚合薄膜，具有透气率高、机械强度好、耐污染能力强和耐老化时间长的特点。

2）抗干扰性能强监测系统采样方式为模块方式，检测信号在现场进行A/D转换，用数字信号将转换数据传送到主控室，消除了长距离传输耦合的干扰信号，所以可靠性高，抗干扰能力强。

3）灵敏度高采用新一代半导体气敏传感器，性能稳定、分辩率和灵敏度高，C2H2检测灵敏度达0.5ppm，其余五种气体的监测灵敏度《=5ppm，居国际领先水平。响应和恢复时间短，抗震动和冲击能力强，具有较好的线性度和一致性，确保了在线监测的长期可靠运行。

4）可靠的智能专家系统根据监测得到的变压器油中六种气体含量及各种绝缘数据，以三比值法、小波理论、模糊数学和神经网络及人工智能诊断技术等先进的数学方法为手段，进行变压器早期故障诊断，确保了诊断的可靠性。

5）查询方便采用WEB查询方式，有访问权的用户只需在局域网内的微机上输入现场色谱工控机的IP地址或计算机名，就可以进入色谱数据库专家查询系统，查询各时间段的色谱数据、报警数据、和色谱曲线图。

6）自动定时巡检绝缘在线监测的完成依次逐一进行，在不低于最小巡查时间的前提下（30分钟），可通过监测主机任意方便地设定巡检时间。

7）自动追踪监测当某台设备有故障征兆或其它原因需要对其进行连续监测时，系统可自动或手动设定对该设备进行连续绝缘监测。

8）越限报警可根据需要设定被监测设备的报警限值，监测数据超过该限值就自动报警。

9）温度自控户外油气分离单元及控制器具有自动温控系统，能在各种气候条件下正常工作。

第二节 发展历程

在40 年代，因电网电压等级低、容量小，电气设备发生故障所带来的损失和影响不大因此人们采用事故后维修制，即设备损坏后，停电进行维修。此后，电网容量逐渐增大，电压等级也随之提高，设备故障所产生的影响也相应增大，因此，从事故后维修制逐渐发展到预测性维修制。

从50年代起，由于110KV～220KV电压等级的电网已有相当规模，设备故障所产生的影响也更大，用户对供电的可靠性要求也相应提高，于是从预测性维修制逐渐演变为维修预防制。在预测性维修制逐渐演变为维修预防制的过渡中，人们逐渐探索定期对某些设备的绝缘停电作非破坏性和破坏性试验研究，逐渐总结出了对某些设备的预防性试验试行标准，并逐渐形成了局部预防性维修体系；

从60年代起，各国相继制定出了比较规范的停电预防性试验标准，从而进入了预防性维修制时代，并将这种观念一直延续至今。

进入预防性维修制时代后，人们逐渐认识和发现定期停电进行预防性试验的缺陷和不足。当一台大型电气设备的某一元件的绝缘有缺陷时，往往反映不灵敏，即使整体预防性试验合格，仍然时有故障发生。

由于现行的预防性试验电压太低，无法真实反映运行电压下的绝缘性能和整个工作情况，因此必需对现行的预防性维修制进行根本的变革，其发展方向必然是采用在线监测及诊断技术，并探索以在线监测为基础的状态检修制。

进入80年代，特别是近10多年来，在线监测技术发展很快，绝大多数变电站设备及发电机、电缆、线路绝缘子等都有在线监测的项目。随着电子技术的进步，传感器技术、光纤技术、计算机技术、信息处理技术的发展和向各领域的渗透，系统的监控技术中广泛应用了这些先进的科研成果，使在线监测技术逐步走向实用化阶段。与预防性试验相比，在线监测系统采用高灵敏度的传感器采集运行中设备绝缘劣化的信息，信息量的处理和识别依赖于丰富的软件支持的计算机网络，不仅可以把某些预试项目在线化，而且还引进了一些新的更真实反映设备运行状态的特征量，从而实现对设备运行状态的综合诊断，促进电力设备向状态检修过渡的进程。

第三节 电力设备行业发展环境

1、电力设备子行业分化明显

2006年，电力装配业发展呈现向下拐点，而输配电行业在2006年呈现向上拐点。在输配电行业内，输电设备行业增长速度超过配电设备增长速度，一次设备增长速度超过二次设备增长速度，行业增长差异主要是行业内的驱动因素差别所导致，主要的驱动因素有：电站设备装配业发展增速是经济发展对电力需求驱动；脱硫行业是上游电力装机与“十一五”电力环保压力驱动；输电是国家电力资源分配（电力装机发展）及国家电力安全驱动；配电领域则是区域经济发展所驱动。

从宏观角度来讲，输电及风电行业增长速度明显加快。而其他经济内在因素驱动的行业增长速度则相对较慢。2007年这种驱动因素所体现的收入增长差异更加明显，这些差异总体表现为电力装配业增速下降明显，输电行业增速会在2006年基础上进一步提升，而输电设备中一次设备增速仍会高于二次设备增速。

2、通过特高压建设培育自主品牌

目前，我国的输配电设备市场中国内的变压器制造商还拥有较大的市场份额，而在技术水平更高的开关市场中，本土厂商中标率就很低。本土输配电设备制造商在电网采购中的弱势，不仅仅是因为本土输变电设备在技术、外观上跟国外巨头的差距，更加重要的原因是国内设备制造商没有一个过硬品牌，而电网安全性要求导致电网公司对品牌不够强大的国产设备的不信任，在采购中形成采购国外设备的思维惯性。

“十一五”期间，我国将建设若干条特高压线路，国家发改委对本土设备制造商提出了自主制造特高压设备的要求。特高压电网代表当今电网技术的最高水平，特高压电网建设完全用国产设备这一个硬指标给中国的输配电制造业带来了众多的技术难题，而通过合作开发等手段可以使我国输配电制造企业掌握世界领先的技术，并使中国的输配电制造企业树立国际品牌。品牌树立后会渐进改变电力公司、电网公司采购国外设备的思维惯性，这种思维惯性的改变会使我国设备制造商占领更加广阔的高端市场。

结合国家重大部署，电器工业按照高效、节能、节材、低损耗；技术水平高，市场前景好，对制造业发展有较大带动效应；国内供应少、市场需求大，进口较多；智能化、信息化出口前景好、附加值高等原则确定了“十一五”重点发展的产品与技术。

750kV输变电设备和无油化配电设备用关键绝缘材料（高强度高延伸率绝缘纸，耐热纤维纸，无气隙层压制品，高压开关和干式变压器用浇注胶及配套材料，新型绝缘油和户外用绝缘材料等）。

免责申明：本文仅为中经纵横市场研究观点，不代表其他任何投资依据或执行标准等相关行为。如有其他问题，敬请来电垂询：4008099707。特此说明。