摘要：通過(guò)全自動(dòng)色譜分析技術(shù)的研究，可極大提高色譜檢測(cè)的準(zhǔn)確性、重復(fù)性、檢測(cè)效率，釋放人力資源，為變壓器的安全提供可靠保障。

關(guān)鍵詞：變壓器；安全；油中溶解氣體；色譜儀；全自動(dòng)

Abstract：The study of automatic chromatographic analysis technology can greatly improve chromatographic detection accuracy， repeatability， detection efficiency and the release of human resources， offering reliable guarantee for the safety of the transformer.

Key words：Transformer； Safety； Gases dissolved in transformer oil； Chromatograph； Fully automatic

引言

氣相色譜法檢測(cè)變壓器及充油電氣設(shè)備潛伏性內(nèi)部故障，已經(jīng)成為一項(xiàng)極為重要的監(jiān)測(cè)手段。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室變壓器油色譜分析，在進(jìn)行油中溶解氣體分析時(shí)，進(jìn)氣、脫氣、取氣、進(jìn)樣、采集等試驗(yàn)環(huán)節(jié)都需要人工去操作，并且每個(gè)環(huán)節(jié)的操作對(duì)試驗(yàn)人員技術(shù)掌握熟練程度要求比較高，不同技術(shù)水平人員進(jìn)行試驗(yàn)導(dǎo)致有較大的誤差，造成試驗(yàn)數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定，進(jìn)而影響對(duì)設(shè)備故障類(lèi)型的判斷，影響電力變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。并且現(xiàn)有的氣相色譜儀一次僅能分析一個(gè)樣品，而絕緣油色譜分析存在定期集中分析的特點(diǎn)。一旦開(kāi)展檢驗(yàn)工作，樣品量都比較大，幾十只甚至上百只的油樣集中分析，給試驗(yàn)人員造成了很大的勞動(dòng)強(qiáng)度，并且現(xiàn)有的技術(shù)手段分析周期長(zhǎng)，效率低下，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)需求。

隨著超高壓、特高壓輸變電設(shè)備快速增長(zhǎng)，依靠油色譜數(shù)據(jù)準(zhǔn)確判斷變壓器等充油設(shè)備的健康狀況變得日益重要，對(duì)色譜數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性提出了更高要求。目前的變壓器油色譜檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)使用了20多年，色譜數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度已經(jīng)不能滿足對(duì)特高壓、超高壓變壓器狀態(tài)評(píng)價(jià)的要求，有必要開(kāi)展全自動(dòng)變壓器油色譜檢測(cè)技術(shù)及關(guān)鍵裝備研發(fā)，全面排除人為操作、測(cè)試環(huán)境等因素干擾，大幅度提高油色譜檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，為高參數(shù)、大容量輸變電設(shè)備的狀態(tài)評(píng)價(jià)和潛伏性故障診斷提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。

一、全自動(dòng)色譜檢測(cè)技術(shù)的研究對(duì)現(xiàn)狀及技術(shù)發(fā)展的作用

全自動(dòng)氣相色譜檢測(cè)技術(shù)的研究是利用虛擬儀器技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制技術(shù)整合了氣相色譜技術(shù)、頂空脫氣技術(shù)、色譜工作站網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)等設(shè)計(jì)理念，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)絕緣油的全自動(dòng)化分析，無(wú)需人工操作，一個(gè)流程同時(shí)可以分析1-16只油樣。

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)無(wú)需人工操作，自動(dòng)化完成整個(gè)流程分析，屏蔽了因操作員個(gè)體差異導(dǎo)致的人為數(shù)據(jù)誤差，數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度更高；增加了單次分析的做樣個(gè)數(shù)，集中完成多個(gè)油樣的分析，大大節(jié)約了分析時(shí)間，有效的提高工作效率。

該系統(tǒng)同時(shí)具備強(qiáng)大的軟件數(shù)據(jù)模型，組織專(zhuān)家診斷，給出診斷意見(jiàn)、可通過(guò)Internet或GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)直接遠(yuǎn)程操作硬件設(shè)備、查詢數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)程設(shè)備校準(zhǔn)，并可將多臺(tái)主機(jī)組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)色譜數(shù)據(jù)資源共享和遠(yuǎn)程專(zhuān)家會(huì)診。

通過(guò)該技術(shù)的研究可建立起詳實(shí)的理論研究報(bào)告，研發(fā)出一套能夠全自動(dòng)進(jìn)行絕緣油色譜分析用的試驗(yàn)設(shè)備。對(duì)于變壓器絕緣油的檢測(cè)真正做到操作自動(dòng)化，降低試驗(yàn)過(guò)程中的人為誤差因素。同時(shí)研發(fā)一套用于數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)共享的操作平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享，為電力變壓器的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

二、全自動(dòng)色譜檢測(cè)技術(shù)研究?jī)?nèi)容

實(shí)驗(yàn)室全自動(dòng)油色譜檢測(cè)系統(tǒng)分兩部分研究，一是虛擬色譜儀設(shè)計(jì)研究，二是自動(dòng)脫氣和進(jìn)樣系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究，兩部分采用分體式獨(dú)立結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，共用一個(gè)工作站操作平臺(tái)控制操作，工作站操作平臺(tái)采用虛擬設(shè)計(jì)方式設(shè)計(jì)控制界面，由軟件來(lái)控制硬件。工作站建立完善設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)主機(jī)的遠(yuǎn)程專(zhuān)家協(xié)助和數(shù)據(jù)資源共享等。依托色譜技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)氣路流程進(jìn)行優(yōu)化，研制高效的抗污染氣相色譜柱提高色譜柱分離效能。對(duì)氣相色譜用檢測(cè)器進(jìn)行改進(jìn)，提高檢測(cè)靈敏度和精準(zhǔn)度。對(duì)動(dòng)態(tài)頂空脫氣技術(shù)進(jìn)行研究，提高溫控精度，保證脫氣效率穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)。

（1）全自動(dòng)化智能操作。整個(gè)系統(tǒng)集取油、脫氣、排油、色譜分析系統(tǒng)于一體，用戶只需將油樣放置在托盤(pán)里或通過(guò)軟管連接在主機(jī)樣品進(jìn)口，便可自動(dòng)完成整個(gè)分析流程，完全避免了因傳統(tǒng)的人工操作造成的數(shù)據(jù)誤差，提高了分析精度和重復(fù)性，避免人工操作引起的分析誤差。

（2）自動(dòng)閥進(jìn)樣技術(shù)。系統(tǒng)采用定量管閥進(jìn)樣技術(shù)，具有精度高、重復(fù)性好的特點(diǎn)，避免了手工進(jìn)樣造成的試驗(yàn)誤差，提高了試驗(yàn)準(zhǔn)確性。

（3）虛擬儀器設(shè)計(jì)技術(shù)。儀器的工況條件、功能顯示通過(guò)虛擬儀器技術(shù)完全顯示在配套的工作站界面上，儀器的操作全部可通過(guò)工作站進(jìn)行，全面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化。

（4）人性化的工作站軟件。全自動(dòng)變壓器油分析氣相色譜儀工作站，擁有簡(jiǎn)潔易用的界面，操作人員可輕松掌握其使用方法。該工作站既可對(duì)儀器進(jìn)行控制，又可進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，并帶有專(zhuān)家智能診斷系統(tǒng)，具有數(shù)據(jù)管理功能強(qiáng)大、工作效率高、性能先進(jìn)、適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可立即對(duì)變壓器故障狀況進(jìn)行分析診斷。

三、全自動(dòng)變壓器油色譜分析研究的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)

（1）脫氣部分。采用機(jī)械振蕩的原理方式，將被檢測(cè)油樣中所溶解氣體進(jìn)行有效的脫出，具有性能穩(wěn)定可靠，操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。

首創(chuàng)采用盤(pán)式脫氣技術(shù)，并設(shè)計(jì)有定位功能，可利用一臺(tái)伺服電機(jī)對(duì)振蕩脫氣和油樣定位進(jìn)行精確控制，有效減少了機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度，使用可靠性有效提高。

整機(jī)采用智能化控制系統(tǒng)，加熱、溫控、定時(shí)振蕩、延時(shí)報(bào)警，均由微機(jī)自動(dòng)控制。

采用高性能大扭矩伺服電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，整機(jī)性能可靠，噪聲小，具有精確的定位精度和振幅控制。

可同時(shí)對(duì)16支油樣進(jìn)行脫氣。

（2）取氣部分。該部分由推針機(jī)構(gòu)和進(jìn)取氣機(jī)構(gòu)組成，可通過(guò)能夠有效防止外部氣體進(jìn)入氣路流程的正壓取氣方式完成氣體的定量提取和注入操作，并通過(guò)獨(dú)有的圖像識(shí)別功能作為控制依據(jù)，對(duì)所操作油樣進(jìn)行實(shí)施監(jiān)控和控制。

其中取氣機(jī)構(gòu)位于整機(jī)的上部，由直線導(dǎo)軌和伺服電機(jī)為驅(qū)動(dòng)，控制取氣針進(jìn)行精確地定位，可對(duì)被操作油樣進(jìn)行定性和定量監(jiān)測(cè)，推針機(jī)構(gòu)位于脫氣盤(pán)下部，并與上部的取氣機(jī)構(gòu)位于同一條中軸線上，可配合取氣機(jī)構(gòu)的動(dòng)作要求進(jìn)行動(dòng)作補(bǔ)償。

（3）圖片識(shí)別。能夠自動(dòng)識(shí)別活塞式脫氣瓶中油位高度并計(jì)算出脫氣體積，并能識(shí)別脫氣瓶編號(hào)并將脫氣體積自動(dòng)保存到工作站相應(yīng)的樣品信息中。是自動(dòng)化控制信號(hào)端，為整個(gè)系統(tǒng)的智能化流程提供可靠地信息參照以及對(duì)執(zhí)行效果進(jìn)行有效監(jiān)控。

四、預(yù)期目標(biāo)和創(chuàng)新點(diǎn)

全自動(dòng)色譜檢測(cè)系統(tǒng)兼具了氣相色譜儀、脫氣裝置和工作站軟件，完全的自動(dòng)化流程，無(wú)需人工參與?？蛇B續(xù)分析1—16個(gè)樣品，振蕩頂空脫氣裝置通過(guò)閥切換技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)樣，工作站應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)，智能控制脫氣裝置和色譜儀的工作過(guò)程，采集色譜分析譜圖，經(jīng)過(guò)峰處理和外標(biāo)數(shù)學(xué)模型，得到分析結(jié)果，并使用各種診斷模型，進(jìn)行專(zhuān)家診斷，給出診斷意見(jiàn)。其突出的創(chuàng)新之處包括：

（1）振蕩脫氣和色譜分析系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)。針對(duì)目前變壓器油氣相色譜分析中聯(lián)合使用的振蕩脫氣儀、氣相色譜儀因取氣中樣品逸散、管道死體積多等因素引起測(cè)試準(zhǔn)確性的問(wèn)題，本項(xiàng)目將振蕩脫氣和氣相色譜分析系統(tǒng)有機(jī)整合在一起，實(shí)現(xiàn)氣相色譜分析系統(tǒng)的一體化設(shè)計(jì)，從流程上避免了取氣逸散，減少了管道死體積。

（2）所設(shè)計(jì)的振蕩系統(tǒng)，可以保持活塞式脫氣瓶?jī)?nèi)常壓環(huán)境振蕩脫氣，有效避免回溶影響。

（3）全程自動(dòng)化控制，放樣后一鍵操作完成整個(gè)分析流程，包括進(jìn)氣、脫氣、取氣、進(jìn)樣、采集、數(shù)據(jù)分析、診斷報(bào)告，屏蔽了因操作員個(gè)體差異導(dǎo)致的人為數(shù)據(jù)誤差，數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度更高。

（4）單次多樣品分析，一個(gè)流程同時(shí)可以分析1-16支油樣，增加了單次分析的做樣個(gè)數(shù)，集中完成多個(gè)油樣的分析，大大節(jié)約分析時(shí)間，有效提高工作效率。

（5）首次在氣相色譜分析中加入圖像識(shí)別系統(tǒng)，進(jìn)行多信息識(shí)別，包括圖像識(shí)別脫氣量、變電站信息等，提高色譜儀自動(dòng)化水平。

五、結(jié)論

通過(guò)項(xiàng)目的實(shí)施可研發(fā)出一套全自動(dòng)變壓器油色譜檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)于變壓器絕緣油的檢測(cè)真正做到操作自動(dòng)化，降低試驗(yàn)過(guò)程中的人為誤差因素，提高油色譜檢測(cè)試驗(yàn)的準(zhǔn)確性和重復(fù)性；多樣品同時(shí)檢測(cè)分析，極大地提高了油樣集中分析效率。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：閆國(guó)棟，河南商丘人，助理工程師，從事電氣設(shè)備調(diào)試維護(hù)工作。