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主管单位：国家海洋局

主办单位：中国电源学会;国家海洋技术中心

国际标准刊号：2095-2805

国内统一刊号：12-1420/TM


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油色谱载气余量在线监测系统设计

摘要: 变压器是变电站中的核心设备，加强对变压器运行情况的监测力度，确保其运行的可靠性，对提升电力系统供电可靠性和运行的稳定性意义重大。变压器油色谱在线监测是变压器状态监测中技术成熟且最为常见的手段，目前油色谱在线监测大部分设备仍然带有载气瓶，载气瓶的更换是日常维护的重点。本文针对载气瓶的气体监测、分析，设计了变压器载气余量监测系统，为载气瓶的更换和设备的状态检修提供了依据。

关键词：油色谱监测，载气余量，在线监测
Design of spectrum carrier gas online monitoring system of residual oil
Abstract: the transformer is the core equipment in substation, to strengthen the monitoring of the operation of the transformer to ensure the reliability of its operation, to enhance the reliability of power supply system reliability and stability is of great significance. Transformer oil chromatographic on-line monitoring is the transformer condition monitoring technology is mature and the most common means, at present most of the oil chromatographic on-line monitoring equipment is still a gas cylinder carrying, loading cylinder replacement is day-to-day maintenance of the key. In this paper, gas monitoring and analysis of gas cylinders are designed to provide a basis for the replacement of the carrier gas cylinders and the maintenance of the equipment.
Keywords: monitoring of oil chromatogram, carrier gas allowance, online monitoring
1 变压器是配电网络的枢纽设备，变压器的正常运行关系着整个系统的运行安全。有效的监测变压器油中的溶解气体的各种气体的含量可以对变压器的绝缘故障情况进行有效的掌控，变压器油溶解气体色谱分析是油浸式变压器故障检测的强有力手段，应用已经十分广泛。变压器油色谱在线监控设备已经相当成熟是变压器状态监控的重要监测设备。[1]目前该产品大都带有载气瓶，当载气瓶中没有载气时则需要对载气瓶进行更换，由于缺乏实时监测设备，如果载气瓶提前更换，频繁的更换载气瓶，造成人工和材料过多消耗，容易造成浪费；若当载气余量为零时再去更换，则中间会出现检测的真空期，造成设备工作的连续性被打断，一旦此时设备发生故障则不能检测到。此外，在监控过程中设备软件难免出现死机的情况，此时往往需要断电重启就能恢复，常规的监控设备往往缺乏重启功能，需要工作人员到场进行人工操作，浪费了大量人力。针对这些问题本文设计了变压器油色谱载气余量监控系统，对变压器色谱监控设备的运行和维护提供了巨大便利。
2 变压器色谱载气余量监测设备。
实现载气余量在线监测，首先要对常规的监测设备进行改造。将载气瓶的压力表进行改造，时期具有数据通讯功能，可以和上级设备直接进行通讯。实时上传载气余量数据，以供服务器进行可靠的气体监测、分析、诊断，提供实时历史曲线对比数据初步定位分析气瓶的载气余量以及是否存在气体泄露。同时在油色谱机柜中配置一台网络远程化电源控制模块、一台串口服务器、一个数字压力表、一个DC24V开关电源。如图2.1所示为油色谱载气余量监控系统原理图。
 上图所示设备中，压力表为数字式压力表，负责载气瓶压力的实时监测，电源控制器负责设备电源控制，以实现系统的自动重启功能。压力表和电源控制器都应具有通信功能，且采用相同的通讯规约，以方便远程服务器的远程控制。[2]由于串口通讯抗干扰能力较弱，容易受到干扰信号的影响而影响通信，因此，加入光电转换器，将电信号转换为光纤信号，从而保证了通信数据的可靠传输。[3]

2.2色谱载气余量监控系统的设计。
1.在线监测系统整体结构设计。
目前变电在线监测系统的网络结构和数据流如图2.2所示。由于所有IED数据都被CAC转发到省PMS上。而当前在线监测装置稳定性普遍较差，误报警频发，无法满足发挥其在线监测的作用，更导致目前各地区考核指标普遍不理想。有几种问题故障急需解决：
（1）油色谱IED、铁芯等装置宕机（死机），PMS经常要到第二天甚至第三天才能判断异常并做出异常报警；而当PMS出现异常报警后才通知地区局相关负责人进行处理，地区局组织相关厂家技术人员到现场处理故障，因此往往至少要两到三天时间才能将故障排除。严重影响系统运行的可靠性。
（2）油色谱在线监测装置载气消耗很快，需要耗费大量的人工去现场更换载气瓶，目前由于没有对载气余量进行监测，只有当PMS系统进行油色谱装置无载气报警时才派工作人员到现场进行更换载气瓶，无法进行计划性更换载气，且目前装置厂家载气计量表采用国产,精度不度,无法准确进行当前气量检测，当出现大量这种问题时，油色谱装置在这段时间无法进行设备在线监测工作，导致PMS长时间无有效的监测数据。
（3）CAC主机装置宕机（死机），首先安排专业人员到变电站现场对CAC主机装置进行电源重启操作并检查，如果数据正常上传则故障已排除，如果数据无法正常上传则安排CAC装置厂家技术人员再到现场处理故障。
以上三种现象严重影响考核指标。整个系统对异常报警反应慢，故障处理流程多，耗时长，故障处理不及时，导致在线监测考核指标中在线率下降。检修人员耗费大量时间在去变电站的路上,且维护量过大,重复工作较多,直接导致运维检修成本加大。
针对如上所述的这些问题我们对监测系统进行了升级改造，研发了在线监测管理平台及远程管理模块（PDU、PCM），加强了对设备的管理，完美解决目前在线监测相关问题，改造后的系统图如图2.3所示。
如上图所示，地区管理平台肩负起设备的控制任务，进行设备的有效监控，地区管理平台的建立，分担了大量的控制任务，极大的缓解的省公司的负担，系统的可靠性大大增强。系统的主要功能有：
（1）预警功能。
a、当CAC、IED发生宕机（死机）后载气10分钟内发出报警，做到实时报警；
b、通过系统分析模块对装置故障进行定位；
c、通过平台检测模块,实时监测当前油色谱装置载气余量,少于设定天数时，会在展示页面进行预警及报警，提示维护人员安排更换载气瓶计划。
（2）远程电源管理(远程操作软硬重启功能)。
a、当管理平台显示CAC数据及通讯异常,经过平台分析诊断后，值班人员可通过管理平台对CAC装置进行远程一系列操控,如电源控制，指令控制等。
b、当管理平台显示IED数据及通讯异常，经过平台分析诊断后，值班人员可通过管理平台对IED装置进行远程一系列操控,如电源控制，指令控制等。
（3）误报警过滤功能。
当采集装置采集到异常数据时，在异常报警数据上传到PMS之前系统提示相关人员判断数据的真实性,如数据为误报警数据，系统将会根据历史数据重新模拟正常数据发送至PMS端,如果是真实的报警数据,系统将提示是否发至PMS端,正常情况下,如在规定时间内人为不进行干预 ,系统将会模拟历史数据进行发送.
（4）其他控制功能。
系统根据管理需要，可以连接打印机提供其他统计报表以及进行其他远程管理控制功能。
3 在省电网的大力支持下，变压器油色谱载气余量在线监测系统在个别地区局试点成功，效果明显，得到了局方的一致认可与好评。改造项目整体方案实施分为三部分:
（1）地区局安装管理平台。(内网安装管理平台客户端)
（2）改造CAC装置电源部分并且再分配一个IP地址，使变电在线监测管理平台能对CAC主机进行远程断电硬重启。(如IP紧张,可配置路由器自由分配IP地址)
（3）改造IED装置电源部分，使变电在线监测管理平台能对IED进行远程断电硬重启(加装PCM电源分配器)
（4）更换油色谱装置载气瓶压力表(更换测量精度较高的进口计量表)
系统改造施工工作简单快捷，所有设备安装大约每个站2小时即可完成。
图3.1为监控中心服务器中变压器载气余量监视画面。在画面中通过鼠标点击选择的方式可以方便形象的看到所需站点的变压器载气瓶压力值。
通过系统改造实现载气瓶里的载气余量的监测，并上传监控中心。从而提前预知载气剩余情况，计划性换气及制定载气批量更换计划，避免IED装置出现无气告警及工作断档期。通过油色谱IED远程断电重启，解决了IED死机问题。整个系统获得了极大的成功。从安全效益上看，确保油色谱载气余量的提前预知，避免无载气状况，保证装置稳定运行。并且提高了油色谱装置的运行持续性，避免了工作真空期，减少装置的告警率。实现装置的远程化电源控制，解决了装置死机问题，减少故障率。从经济效益上看，制定批量更换载气计划，工作效率得到显著提高，维护次数大大减少，进而降低了系统运行维护成本。装置远程化电源控制的实现，减轻了人员维护压力，人工成本大大降低。通过实际应用的检验，本系统值得进行推广。