摘要：變壓器油中溶解氣體分析離線色譜監測技術，即定期從變壓器運行現場采集油樣后，送樣到實驗室，用氣相色譜儀檢測出油中溶解氣體，進而診斷變壓器的故障類型，但這種方式操作繁瑣、周期長、對油中溶解氣體的發展趨勢測量代價高等缺點，其檢測結果難以準確和及時地反映設備的當前工作狀況。在線監測技術發展，彌補了離線監測這些缺點。

1 典型的在線色譜監測儀

1.1 T r u e g as氣體分析儀。美國S e r v e r on公司的T m e gas變壓器氣體分析儀，以99．9999％的超高純氦氣為載氣，以熱導池為檢測器，可測量8種氣體，包括Hz、C0、C0z、O：、CH4、C2H6、C2H4和C2H2。該監測儀的原理”是：把經散熱器降溫后的變壓器油送人監測儀中的特制的氣體萃取器油室，流過油室后再泵回變壓器。氣體萃取器連續不斷地萃取油中溶解氣體，4小時后可達到氣體平衡。由超高純載氣氦攜帶氣樣進入色譜柱。各特征氣體在色譜柱中分離后，先后進入熱導池。檢測結果由計算機計算保存、處理，并以web方式遠程讀取。測量結果可由軟件以圖表方式直觀顯示，與之相關的變壓器內部狀況的診斷結果可以直接給出。對C2H2、c 2H4、c0和C02的測量，靈敏度可達1μL／L或10％(取大者)，其它4種氣體的測量靈敏度可達10％。其工作環境溫度范圍很寬，可從一400c到+55℃。建議的采樣周期為24h。

1.2 C201—6在線色譜監測儀。加拿大加創集團公司的c20l一6在線色譜系統的油氣分離采用高分子薄膜，特征氣體經復合色譜柱分離后，由氣敏傳感器依次檢測；對H：的標稱靈敏度為lμL／L；對c2H2的標稱靈敏度為O．5μL／L。

1.3 SPJC在線色譜監測系統。SPJC在線色譜監測系統是在重慶大學高電壓與電工新技術教育部重點實驗室大量研究的基礎上研制而成的日。系統采用特制高分子薄膜實現油氣自動分離，滲透平衡時間為2d一3d。采用極高分辨率的多傳感氣敏元件，可同時檢測運行變壓器油中H2、c0、c H4、c2H4、C2H2、C2H6 6種溶解氣體。c2H2檢測范圍為1μL／L一5000μL／L，其余五種氣體的檢測范圍為10μL／L～5000μL／L。故障診斷采用了經過模糊處理的三比值法。

1.4 MGA2000—6系統。理工監測設備有限公司的MGA2000一6型變壓器色譜監測系統，其油氣分離單元采用了透氣性非常突出的新型油氣分離材料和全新設計的結構，油氣接觸面積比一般平板膜大1000倍以上。在分離過程中采用油路、氣路雙循環，油氣分離速度得到大幅度提高，可在l h內實現所有故障特征氣體的平衡。MGA2000—6系統的組分分離單元采用了先進的色譜柱技術和分離單元整體恒溫的技術措施，特制的色譜柱使分離度最小的H2與c0保留時間差達到了25s以上，徹底解決了因為傳感器恢復時間不足而導致的拖尾迭加問題。

2 在線監測的關鍵技術

2.1 油氣分離。變壓器油中溶解氣體在線監測裝置常用的油氣分離技術是薄膜滲透法和抽真空取氣法。(1)薄膜滲透法。該法使用的是高分子膜，高分子膜的滲透機理是按溶解———滲透過程進行的。變壓器油中溶解氣體在線監測用的高分子薄膜，一方面要接觸油，另一方面要盡快透過待測氣體，以便及時檢測。因此要求高分子薄膜除了具有一定的機械強度外，還必須具有耐油、耐高溫的特性。這類高分子聚合物分離膜有聚酰亞胺、聚六氟乙烯、聚四氟乙烯等。上海交通大學肖登明等研制了帶微孔的聚四氟乙烯膜，大大提高膜對特征氣體的滲透性能。加拿大Morgan S ch a f f er公司研制的GP100采用了聚四氟乙烯尼龍管束，尼龍管束由聚四氟乙烯多層纏繞尼龍管束褶皺，很小面積內油接觸面積大大增加，使透氣性能大大改善。(2)抽真空取氣法。根據產生真空的方式不同，抽真空取氣又可以分為兩種形式:波紋管法和真空泵法。

2.2 氣體檢測技術。氣體組分的檢測主要由氣敏傳感器和檢測室組成。目前用于變壓器故障特征氣體組分檢測的傳感器主要有熱導池(TCD)和半導體氣敏傳感器。(1)熱導池(TCD)。TCD的原理是基于不同物質具有不同的熱導系數，通過發熱電阻絲時熱量損失的比率，即可用來量度氣體的組分和質量。TCD最大的不足就是檢出限不夠，根據GB/T7252－2001變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則對乙炔的最低檢出限為0．1 X10－6是達不到的，即使采用高純的氦氣做載氣。因此通常的做法是對故障氣體采用了富集技術。例如河南中分的中分3000系統采用N2作載氣，樣品組分經過載氣的反復萃取，被濃縮在捕集器中，濃縮到一定的程度再進行分析。(2)半導體氣敏傳感器。半導體傳感器又稱為阻性傳感器或金屬氧化物傳感器，是研究開發較早的一種傳感器，普遍用于可燃氣報警。半導體氣敏傳感器中的金屬氧化物最具代表性的是SnO2，SnO2載流子是電子，遇到還原性氣體(包括H2、CO、CH4、C2H6、C2H4，C2H2等可燃性氣體)時，由于還原性氣體時容易給出電子，使得半導體中電子數目增大，載流子增加，電阻降低;當它遇到氧化性氣體(如O2)時，由于氧化性氣體容易奪取電子，使得N型半導體中電子數目減少，載流子減少，電阻增大。寧波理工在線監測MGA2000系統、上海思源電氣股份有限公司的TROM－600系統和重慶海吉科技有限公司HG－DZJ型變壓器油監測系統均采用了這類傳感器。這類傳感器的主要特點為需要在氧化氛圍里工作，否則其恢復時間要達到30 s以上，使各峰出現嚴重拖尾現象。使用空氣做載氣可以解決這個問題，但這樣對組分分離有一定影響。(3)其他檢測技術。目前一些紅外光學傳感技術應用于變壓器油中溶解氣體在線監測中，主要有傅里葉紅外光譜和光聲光譜技術。利用傅里葉紅外光譜技術的原理圖如圖1所示。待測氣體池置于邁克爾遜干涉光路中，動鏡移動時探測器上將得到強度不斷變化的干涉波，該干涉波包含有全部光譜的信息。對探測器測得的干涉強度進行傅里葉變換，可以得到各頻率對應的光強。

將樣品干涉圖和背景干涉圖分別進行傅里葉變換并進行除法運算，可以得到樣品透射光譜;將樣品透射光譜經過對數運算得到樣品吸收光譜。根據吸收光譜可判斷氣體成分和含量。

3 問題和展望

目前大多數在線監測系統，其需要凈化空氣、N2和氦氣等做載氣，載氣的消耗通常在1a左右，這就需要維護人員定期更換載氣;使用了色譜柱作為氣體組分的分離，隨著固定相的流失等一系列原因，色譜柱的柱效會降低甚至失效，這時候就需要更換色譜柱;半導體氣敏傳感器和熱導檢測器(TCD)在長期使用中，其性能會逐漸發生變化，需要定期校準或更換。采用傅立葉紅外光譜與光聲光譜技術的傳感器都具有壽命長、穩定性好，從原理上講不需要現場校準，不需要消耗載氣并且不消耗所測氣體等特點，但傅立葉紅外光譜不能檢測H2而且光聲光譜在檢測靈敏度方面性能更優于采用傅里葉紅外光譜，可以預期，基于光聲光譜技術的在線監測裝置有望成為理想的換代產品。