电力变压器油相色谱在线监测技术的应用研究

冯柏星

摘要：电力变压器是电力系统中的关键设备，其安全稳定运行对电网的可靠性至关重要。油相色谱在线监测技术作为一种先进的状态监测和故障诊断手段，可以实时监测变压器绝缘油中溶解气体的变化情况，为变压器的运维提供重要依据。本文深入分析了电力变压器油相色谱在线监测技术的意义、存在的问题以及应用对策，旨在推动该技术的进一步发展和应用，提升变压器的可靠性和经济性。

关键词：电力变压器；油相色谱；在线监测；故障诊断；预防性维护

引言：电力变压器是电力传输和分配的核心设备，其运行状态直接影响电网的安全稳定。随着电网规模的不断扩大和负荷的持续增长，变压器故障风险也随之增加。传统的定期离线检测已无法满足日益复杂的电网环境对变压器可靠性的要求。油相色谱在线监测技术的出现，为变压器状态评估和故障诊断提供了一种高效、准确的新途径。

一、电力变压器油相色谱在线监测技术的意义

（一）提升变压器运行的安全性

变压器绝缘油是影响变压器安全运行的关键因素之一。油中溶解气体的种类和浓度变化，是反映变压器内部故障类型和严重程度的重要指标[1]。传统的定期油样取样和离线分析方法，由于无法实时掌握油气变化情况，存在滞后性和盲目性，难以及时发现和处理变压器潜在故障。油相色谱在线监测技术(如图1）可以连续监测油中溶解气体的生成过程，一旦发现异常变化，就会触发报警，为故障诊断和维修决策提供依据，大大提高了变压器运行的安全性[2]。

图1油相色谱在线监测技术

（二）增强故障诊断的准确性 

油中溶解气体分析是变压器故障诊断的重要手段。但由于故障机理复杂，气体生成受到温度、电场等多种因素的影响，单一气体往往难以准确判断故障类型[3]。油相色谱在线监测可以同时分析多种特征气体，并结合气体组分比例和生成速率等信息，利用三比值法、四比值法、五比值法、Rogers 比值法、Dornenburg 比值法、IEC 比值法等诊断方法，综合研判故障性质，大大提升了诊断的准确性和可靠性。

（三）优化维护和运营成本

变压器检修和更换费用高昂，且会影响电网的正常供电。盲目的、过度的维护不仅增加了成本，还可能诱发新的故障[4]。油相色谱在线监测为变压器状态的准确评估提供了数据支撑，有助于结合设备的健康状况、剩余寿命等因素，制定经济合理的检修计划，实现"状态检修"向"预防性维护"的转变[5]。图2所示的变压器故障维修成本构成，也印证了采用先进的状态监测和诊断技术，从源头预防和减少故障发生，对降低设备全寿命周期成本的重要性。

二、电力变压器油相色谱在线监测技术存在的问题

（一）监测设备的稳定性和准确性

油相色谱在线监测装置长期工作在高压、强电磁干扰的变电站环境中，设备的稳定性和测量准确性面临严峻考验。部分监测装置存在抗干扰能力差、测量误差大、跑冒滴漏等问题，影响了监测数据的可靠性[6]。油中气体浓度较低，需要在ppb级别进行定量分析，这对色谱柱的分离度、检测器的灵敏度等提出了很高要求。行业标准和质量管理体系的缺失，也导致监测设备的性能参数不统一，数据可比性差。

（二）数据分析和处理的复杂性

油中溶解气体受油温、负荷、运行工况等多种因素影响，数据的非线性、动态变化特性明显。如何从海量监测数据中提取有效信息，建立准确的故障诊断模型，是一个复杂的系统工程。目前缺乏成熟的数据分析方法和诊断规则库，数据的深度挖掘和利用不足，在线监测的效能难以充分发挥。图2展示了油中溶解气体浓度与油温、负荷的非线性关系。随着监测数据的快速增长，数据分析处理也面临计算资源和实时性的挑战。

图2 密闭空间油与气体间气体交换平衡

（三）技术推广和应用的难度

油相色谱在线监测是一项复杂的系统工程，涉及化学、材料、机械、电子、信息等多个学科领域，需要技术人员具备综合的专业素质和实践经验。目前高校培养和企业培训体系滞后，专业人才匮乏，制约了技术的推广应用。同时，油色谱在线监测设备价格昂贵，前期投入大，中小型企业难以承受。电力公司对新技术的接受度不高，观望心理严重，企业自主创新动力不足，也影响了新技术的应用和普及。

（四）与现有系统的兼容性问题

变压器油相色谱在线监测是一个新兴的过程监控系统，需要与变电站的调度自动化系统、继电保护系统、安全防护系统等既有平台实现互联互通和数据共享。然而，由于标准规范、接口协议的不统一，不同厂商的监测装置与变电站二次系统的兼容性和互操作性存在不足。数据传输、存储、处理和展示的一体化程度低，运行维护工作量大。各系统间的异构性和信息孤岛问题，影响了监测数据的充分利用和决策的协同优化。

三、电力变压器油相色谱在线监测技术的应用对策

（一）提高监测设备的技术标准

相关标准化组织和电力行业协会应加快制定变压器油相色谱在线监测设备的国家标准、行业标准和企业标准，从技术指标、接口协议、测试流程、数据格式等方面规范设备的设计、生产、验收和应用，提高不同厂商产品的互换性和互操作性，为大规模推广应用奠定基础。鼓励企业加大研发投入，与高校、科研院所开展产学研合作，聚焦核心传感器、微型化进样装置、长寿命阀门、高性能色谱柱等关键零部件，攻克小型化、集成化、智能化的共性技术难题。优化设备结构设计和工艺水平，提高测量精度、重复性和响应速度，确保设备在高压、强电磁干扰等复杂环境下的长期稳定运行。 引导企业建立健全质量管控制度，严格执行相关标准规范，加强从原材料采购、生产加工、装配调试到出厂检验的全过程质量管理。定期开展设备巡检、状态诊断和预防性维护，及时发现和消除设备隐患。建立产品全生命周期质量追溯机制，加强用户使用培训和售后服务，持续提升产品质量和客户满意度。

（二）发展先进的数据分析方法 

油中溶解气体是油纸绝缘系统在长期热、电、机械等复合应力作用下的化学反应产物，其生成过程复杂多变。应加强油气生成的机理和影响因素研究，重点分析油品老化、过热、放电、局部放电等因素对气体生成的影响规律，揭示气体浓度、比例与绝缘状态的内在关联，为数据解释和故障判别提供理论支撑。传统的三比值法、四比值法等数据分析方法难以应对复杂工况下的油气变化，容易产生误判漏判。应综合运用灰色关联、主成分分析、独立成分分析等数据降维方法，结合神经网络、支持向量机、随机森林等机器学习算法，建立多元非线性数据分析模型。引入专家经验，优化模型参数，提高数据分析的适应性和准确性。利用大数据、云计算、人工智能等新兴技术，建立涵盖海量历史运行数据、故障案例和专家知识的综合数据库，开发融合规则推理、统计分析、深度学习等功能的智能诊断系统。系统可自动对在线监测数据进行采集、清洗、存储、挖掘和展示，形成设备健康状态画像，预测故障发展趋势。当监测数据出现异常时，系统自动执行相应的诊断分析程序，快速锁定故障类型和严重程度，并给出维护建议，辅助检修决策。

（三）加强专业人员的培训和教育

加快油相色谱在线监测领域的学科专业建设，在电气工程、高电压、电力系统等相关专业中增设油色谱分析及其应用课程，加强理论教学与实践教学的融合，提高学生的工程实践能力。鼓励高校与企业合作，建立油相色谱在线监测联合实验室，开展科研项目攻关，培养高层次复合型人才。电力企业应根据岗位需求和员工特点，制定差异化的培训计划，采取脱产培训、业余培训、网络培训等灵活多样的培训方式。邀请行业专家、资深工程师授课，围绕油色谱分析基础、在线监测装置原理、故障诊断方法、应用案例分析等内容，提升培训的针对性和实效性。鼓励员工参加学术会议、技术培训、标准研讨等，拓宽知识视野。推动成立油相色谱在线监测技术创新工作室，搭建技术交流互动平台，定期举办学术沙龙、经验分享会、创新成果发布会等，为一线技术人员提供展示才华、碰撞思想的舞台。组织开展技术比武、技能竞赛、优秀论文评选等活动，调动全员学习的积极性和主动性。对在技术创新、课题研究、成果转化等方面做出突出贡献的员工给予表彰奖励，形成尊重知识、崇尚创新的良好氛围。

（四）优化监测系统的集成和升级

电力行业协会、标准化组织应牵头制定变压器油相色谱在线监测系统与变电站自动化系统的接口规范和数据交换标准，明确系统架构、通信协议、数据格式等技术要求，实现监测装置与智能设备、信息系统的互联互通和无缝集成。统一监测数据的采集、传输、存储、查询等流程规范，便于数据的集中管理和综合利用。科学规划油相色谱在线监测系统的整体架构和功能布局，合理配置监测装置、通信网络、数据库服务器等软硬件资源。采用模块化、开放式的系统设计理念，提高系统的可扩展性和可维护性。选择性能可靠、接口丰富的监测装置，配套光纤通信、4G/5G通信等多种数据传输方式，提高系统的灵活性和可靠性。加强安全防护设计，采用身份认证、数据加密、异常报警等手段，确保监测数据的机密性、完整性和可用性。开发基于云架构、微服务的集中管控和智能运维平台，对分散在各地的变压器油相色谱在线监测装置进行统一管理、远程诊断和预警决策。平台具备设备管理、数据分析、状态评价、辅助决策等功能，可实现对监测对象的全天候、全方位、全过程感知。利用云计算的弹性扩展能力，对海量监测数据进行存储、计算和挖掘分析，形成设备健康状态评价报告和风险预警信息，为检修策略优化、寿命评估等应用提供数据支撑。

结语：

电力变压器油相色谱在线监测技术是智能电网环境下保障变压器安全运行的重要手段。面对日益复杂的电网环境和不断提高的供电可靠性要求，该技术在故障诊断、状态评估、预防性维护等方面展现出巨大应用前景。本文分析了油色谱在线监测的意义、问题和对策，提出了完善技术标准、创新数据分析、加强人才培养、优化系统集成等建议，旨在推动油色谱在线监测技术的进一步成熟和普及，为电力变压器的安全经济运行提供坚实保障。未来，还需要产学研用各方加强合作，持续攻关油色谱在线监测的关键核心技术，提高监测装备的智能化水平，拓宽数据应用的深度和广度，为构建泛在电力物联网和能源互联网奠定基础。

参考文献：

[1]梁文焰,黄蔚.主变压器油色谱在线监测技术应用研究[J].广西电力,2010,33(1):9-13.

[2]易静.电力变压器油中气体精准监测及在线校准技术的研究与应用[J].电气时代,2020(10):67-69.

[3]杨光玉,吴佩琦.大型油浸式变压器油中溶解气体在线监测技术的应用和研究[J].广西电力,2002,25(3):52-54.

[4]吕玉恒.牵引变压器绝缘在线监测技术应用研究[J].电工技术,2016(1):35-37.

[5]陈邦海,黄丽霞.电力变压器在线监测技术类型及应用研究[J].中国宽带,2020(12):68-70.

[6]吕易航,张宏杰,张凡,张薇静,吴鑫慧.主变压器油色谱在线监测技术应用研究[J].中文科技期刊数据库（引文版）工程技术,2021(9):0225-0226.