变压器油色谱分析技术要点及控制措施

2016年第23卷第7期

技术研发

变压器油色谱分析技术要点及控制措施

罗霄

(国网四川省电力公司国网达州供电公司，四川达州635000)

摘要：随着科学技术的不断发展，通过运用油中溶解气体分离技术可有效解决变压器的故障问题，可使变压器相应使 用寿命延长并保障变压器的稳定性及安全性。通过对变压器油的色谱分析，预判存在的威胁和故障，探讨对实际应用状 况进行控制。

关键词：变压器油；色谱分析；控制措施 doi ： 10. 3969/j. issn. 1006 - 8554. 2016.07.040

〇引言

当前许多变压器会油流带电，致使故障发生，为使变压器 运行时在安全性及稳定性方面有所保证，需将变压器绝缘及油 冷却、材料含氧度的降低等功效充分发挥，因此要保证油的质 量。所以要对油当中所具有的微量元素进行有效结合，对其所 存在的故障问题进行准确判断，这样才能达到上述效果，并能 够对变压器当中油的色谱进行更为科学的分析。1

色谱分析的理论基础

变压器油的色谱分析是对变压器潜在故障及威胁进行检 测的重要方法之一，能保障其在实际运行中的安全性及稳定 性。绝缘油的组成主要有二氧化碳、一氧化碳以及烃类等，变 压器在运行时所存在的少量的烃类等气体，会伴随绝缘油及绝 缘材料的老化被分解出来。同时，变压器内部出现故障时会将 各种气体分解出来并熔解。在故障比较严重的状况下，其产生 的气体还可能聚集，形成相应的游离气体。由于各种气体产生 条件不同，如果出现变压器局部放电，氢气就会通过相应的断 裂及离子反应生成，通过不断的积累，最终进行重新化合，生成 诸如C2H2、CH4等气体，这些气体会随着不断地积累而出现加 快和增多。当变压器当中的油与外界的空气接触产生化学反 应时，还会生成二氧化碳等气体。分解出的气体最终会形成气 泡，并被变压器当中的油溶解，变压器就会出现故障。气泡产 生量明显大于其被溶解的数量，变压器当中所存在的气体就会 不断增多。在还未发生故障时温度较低，气体产生速度较慢且 数量较少，若对变压器油中的气体进行及时分析，并结合油中 所存在的微量金属，就能准确判定对变压器造成的影响。色谱 分析就是利用气相色谱仪，对各种气体在具体的含量、构成及 组成等进行分析。2

色谱分析的具体条件

在整个色谱仪当中关键部位就是色谱柱，色谱柱的选择与 分离效果的好坏直接相关。气相色谱仪划分为双气路及单气 路，也就是热导检测器。实际工作中，需要产比气，即将一路气 作为样品时，阀件就会同时且独立提供两路气。当使用及调节 两路气体时，不会出现互相干扰。这种存在的关系为并联方 式，即双气路。在实际工作中由于成本过高等问题，通常将上 述两路气体所存在的流动方式改成单路流动，因此只有一路阀 件完成两路气的控制。

3色谱分析的具体方法

针对变压器油中色谱分析的具体方法来讲，主要有产气速

率法、比值法及特征气体法。①比值法。该方法直观性很好， 它利用对不同气体进行相应分析，采用色谱分析方法进行对比 气体不同的比例关系，但其存在的误差较大。②产气速率法。 对气体当中的各个要素深人分析，要对气体相应的组成含量所 具有的绝对值和他们所存在的发展趋势进行分析，此方法虽然 在具体的操作方面比较繁琐，但能够对那些突发性故障进行判 断，所以必须对气体变化状况进行记录。③特征气体法。对所 有气体的含量、结构、组成等方面逐个分析，其在变压器故障判 定相应的准确性、有效性、可靠性方面能够有所提升。4

分析仪的实际使用

随着地铁的大发展，许多新技术在地铁供电系统中得到大 量的运用。在地铁供电设备的日常设备维护中，需要经常对变 压器进行故障气体、绕组变形、局部放电等多种项目的测量，供 电部门才能从这些结果中获得科学信息，预计并控制安全服务 和运行成本。

5 TROM-GOO变压器油色谱在线监测系统

TROM-GOO变压器油色谱在线监测系统弥补了实验室离

线色谱测试周期长的不足，可以在线监测油浸式变压器的运 行信息，它能针对变压器内部的放电性和过热故障进行在线

监测。TROM-GOO变压器油色谱在线监测系统是集测量分 析、控制技术于一体的设备。系统分为油气分离、数据分析处 理、混合气体分离、远程传输控制四大部分。设备可以测量反 映变压器故障信息的六种特征气体，即H2、CO、CH4、C2H6、

c2h4、c2h2。

TROM - G00变压器油色谱在线监测系统工作原理:系统

的强制油循环功能能保证对变压器中的流动油实时取样。变 压器中的油通过强制循环装置进人油气分离装置和高效的真 空油气分离装置将变压器油中的气体分离。色谱柱传感器将 被分离的进人检测系统的气体的浓度值转换成相应的电信号。 高精度A/D转换器将传感器的电信号转换成数字信号，并储 存、传输。通讯电缆将检测的数据以数字格式传送到智能控制 器自动分析。传输协议具有传输距离长、传输速度快、抗干扰 强的特点。

(下转第91页）

89技术与市场

2016年第23卷第7期

技术研发

出搭建系统模型，无须编程即可实现动态系统的建模与仿真。 电机的Si mulink仿真模型的构建主要使用SmPower Systems (电力系统仿真模块库），可用于电机、电力系统、电路等仿真。 在Simulink环境中，可建立XYZ三轴电机的仿真模型。由于 模型涉及模块较多，为实现系统的模块化管理，对并联晶闸管 电路、触发电路、软起动控制环节的多个标准的基本模块分别 采用Simulink的封装技术，将它们集成在一起，形成新的功能 模块[2]。

由于数据处理模块要负责数据快速解算和控制算法处理， 所以要求主控制器在数据处理能力上具有较高的性能。针对 特性要求，本次仿真采用DSP2812芯片作为主控制器。计算得 到系统相应的超调量为1.85%，调节时间为1.728 s。其中，笔 者的自适应PID控制器中的专家控制采用的切换点e为0.5。 在t = 0 s时施加速度信号为单位阶跃信号，t = 4 s时速度信号 上升为1，得到仿真结果。可以发现，采用专家规则控制之后 的响应速度得到了较大的提升，PID控制的调整时间约为5 S, 而笔者的专家控制和自适应控制器调整时间都下降到了 2 S左 右，而且PID控制的超调量较大，约为6%,并1 s以后的稳态 误差才达到了合格的水平。综上所述，自适应PID控制和专家 PID控制虽然在硬件方面有更高的要求，但是在实际仿真效果

动态响应，但是微分对于干扰比较敏感，使用不当容易使系统 产生抖动，所以这里采用不完全微分的方法，即在控制器里加 人一个数字低通滤波器u以抑制高频干扰抖动。

在进行角度的采集和模/数转换时，控制器通过1C接口技 术控制模/数转换芯片的差分输人。将角度数据进行专家PID 算法处理，并根据实时角度进行调整，当调整到指定角度的时 候停止调整，并以此循环。采用线性角度时，系统在高速时的 速度响应慢，会导致一定的滞后;采用非线性时，系统在低速时 的速度响应过快，会引起超调量大、跟踪稳定性差等问题;而采 用自适应变带宽的方法，既能在低速时保证较好的稳定性，又 能在高速时保证快速的系统响应，整个加速段速度变化平滑， 带宽切换平稳，因此适应性更强，控制效果更好控制算法处理 过程为:首先读取当前舵控数据DKin(K)和舵偏数据DPin

(K)值，然后计算当前误差E(K) =DKin(K) -DPin(K),输

出比例项KE( K)、微分项K(E(K) - E(K - 1))、前馈速度校 正项Ks(DKi n(K) - DPin( K))、前馈加速度校正项Ka(DKin (K) -2DK(K) +DKin(K-2))、积分项 Ki(E(0) +E(K-1)

+ E(K)),对积分项做限值判断。若大于限值，则输出积分项

为限值，最后累加各输出项，并作限值判断，若大于限值，则输 出累加和为限值。

在确定采样周期后，通过PID采样控制的原理可以得出角 度失衡计算的方式。计算出的角度失衡率将作为一个重要参 数，参与到反馈控制中，各个参与控制的参数通过某个函数关 系式最终计算出的是需要调节的角度数值，进而控制飞行角 度。在不考虑其他干扰因素的影响，认为角度变化是随飞行速 度线性变化的情况下，飞行速度修正值的计算公式是很容易得 出的。根据算法的PID控制策略，PID控制器由两部分组成， 其中PID控制通过闭环控制，实现P、E、K三个参数实时优化， 算法控制根据系统运行状况，优化PID控制参数，以达到角度 调节过程最优。4

仿真模型

Simulink基于Matlab软件平台，利用模型化图形输人、输

上来看，效果优于PID控制。5

结语

笔者基于自适应理论和智能PID控制对于飞行器自主飞 行方向进行初步研究，对比普通PID控制，并基于Simulink对 软起动过程进行仿真分析，取得了较好的效果。参考文献：

[1] 文豪.四轴飞行器的设计与研究[J].电子技术与软件工

程,2016(2).

[2] 郑春香，董甲东.基于蚁群优化算法的带式输送机软起

动仿真分析[J].起重运输机械,2016(3).作者简介：

李一飞（1983 -),男，重庆人文科技学院助教。

(上接第89页）6

结语

综上所述，采用色谱分析方法，需要对历史数据准确记录， 并根据相应记录对变压器运行状况进行清晰、准确地反映，就 会在变压器运行时予以良好的维护作用。色谱分析的作用巨 大，包括对潜在的隐患和对变压器的故障监测。因此，必须在 实践当中不断对其进行更好的创新和深人地分析思考，以满足 更多的使用需求，为人们的生活提供更便利的服务。参考文献：

[1]张新昌，王俊.变压器油色谱分析专家系统[J].变压器，

1994(11) :17 -20.

[2] 徐康健.变压器油色谱分析中用三比值法判断故障时应

注意的问题[J].变压器,2010(1) :75 -76.

[3] 孙才新，郭俊峰，郑海平，等.基于行为的变压器油色谱分

析模糊诊断专家系统研究[J ].电工技术学报，2004，16(3) ：49 -52.

[4] 徐志钮，律方成，赵立刚，等.基于Lab VIEW的变压器油

色谱分析故障诊断系统[J].电力科学与工程,2005(4): 37 -40.

[5] 林永平.变压器油色谱分析技术的发展及最新动态[J].

广东电力，2000(3):32 -35.

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