在線色譜監(jiān)測裝置在湖南電網(wǎng)中的應(yīng)用

黎剛，周舟，胡旭，劉小玲，沈琳奇

(1． 湖南省電力公司，湖南 長沙410007; 2． 湖南省電力公司科學研究院，湖南 長沙410007; 3． 湖南省電力公司檢修公司，湖南 長沙410015)

電力系統(tǒng)的主設(shè)備變壓器運行狀態(tài)的安全與否直接關(guān)系著整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。實時監(jiān)測變壓器的狀態(tài)，盡早發(fā)現(xiàn)變壓器的潛伏性故障隱患，對于保證變壓器的正常工作具有重要意義〔1-2〕。

作為判斷變壓器運行狀況的常用方法，氣相色譜法的優(yōu)點是能夠進行油中溶解的各種氣體濃度的定量分析，幾十年來取得了巨大的成功，形成了系列標準。但在實驗室進行色譜試驗不易監(jiān)測故障氣體早期生成的速度，繁瑣的人工操作可能引起結(jié)果誤差，而且由于檢測周期的限制，無法在2 次試驗的時間間隔內(nèi)對變壓器進行有效的監(jiān)測，不利于預(yù)防設(shè)備事故的發(fā)生〔3－5〕。直到單組分氣體在線監(jiān)測儀以及多組分氣體在線監(jiān)測儀的問世才使狀況緩解〔6〕。變壓器在線色譜監(jiān)測裝置能夠在線持續(xù)監(jiān)測特征氣體含量，提供氣體變化趨勢信息，及時發(fā)現(xiàn)潛在故障預(yù)測壽命，對實現(xiàn)狀態(tài)檢修具有決定性的作用。有文獻〔7〕記載，日本實施在線色譜監(jiān)測及故障診斷后，設(shè)備事故率減少75%，維修費用降低25.5%。近年來，在線色譜監(jiān)測裝置在我國得到廣泛應(yīng)用，國家電網(wǎng)公司已制定相關(guān)運行、安裝、檢驗規(guī)范要求〔8－10〕。

1 在線色譜安裝情況

目前，湖南電網(wǎng)在線色譜監(jiān)測裝置共安裝有32 臺，來自3 個生產(chǎn)廠家，其中500 kV 變電站安裝30 臺，220 kV 變電站、110 kV 變電站安裝各1臺。具體安裝情況見表1 所示。

表1 在線色譜監(jiān)測裝置安裝情況

表1 中曾家沖變電站在線色譜監(jiān)測裝置由于無載氣的原因目前暫處于停運狀態(tài)，崗市變電站崗復(fù)線高抗在線色譜監(jiān)測裝置數(shù)據(jù)通訊功能存在故障，暫時無法顯示在線測量數(shù)據(jù)，其余28 臺在線色譜監(jiān)測裝置均處于在運狀態(tài)，且數(shù)據(jù)通訊功能正常。

2 在線色譜運行情況

針對上述在運的28 臺在線色譜監(jiān)測裝置，使用實驗室離線色譜(帶電檢測)與在線色譜測試結(jié)果開展比對工作，按照公式(1)－(2)考察在線色譜監(jiān)測裝置測試數(shù)據(jù)準確性，根據(jù)相對與絕對測量誤差的大小以及文獻〔11〕技術(shù)要求，可將在線色譜監(jiān)測裝置分為A 級，B 級和C 級，等級劃分標準如表2 所示。

表2 比對試驗測量誤差要求及等級劃分標準

根據(jù)表2 的等級劃分標準，28 臺在線色譜監(jiān)測裝置所測量的7 個氣體組分以及總烴(共8 項)檢測參量的測量誤差等級分布情況如表3 所示。

針對所測量的8 項檢測參量，將上述在線色譜監(jiān)測裝置的測量誤差等級分布進行統(tǒng)計，結(jié)果如圖1 所示。

表3 在線色譜監(jiān)測裝置測量誤差等級分布 臺

圖1 在線色譜監(jiān)測裝置不同檢測參量的測量誤差等級分布情況

從圖1 中可以發(fā)現(xiàn)，氫氣和乙炔作為油中溶解氣體中較重要的組分，其測量誤差相對較小，絕大多數(shù)在線色譜監(jiān)測裝置氫氣和乙炔的測量誤差屬于A 級或B 級，兩者測量誤差不合格的裝置臺數(shù)均為2 臺，僅占總臺數(shù)的7%，這說明湖南電網(wǎng)在運的28 臺在線色譜監(jiān)測裝置對于油中溶解的氫氣和乙炔的測量是比較準確的，這對于監(jiān)測和預(yù)報變壓器潛伏性故障是非常重要的。甲烷、乙烯、乙烷以及總烴的測量誤差則相對較大，主要反映在四者的測量誤差不合格的裝置臺數(shù)分別為8，4，7，10 臺占總臺數(shù)的28%，14%，25%，36%;引起這種誤差的原因主要可能是因為傳感器的漂移引起。一氧化碳和二氧化碳的測量誤差則更大，兩者的測量誤差不合格的裝置臺數(shù)分別為17，23 臺占總臺數(shù)的61%，82%;其中一氧化碳的測量誤差可能與一氧化碳氣體分離有關(guān)，而二氧化碳的測量誤差則是受其固態(tài)電化學傳感器自身壽命所制約，這一點可以從6 臺在線色譜監(jiān)測裝置二氧化碳測量數(shù)據(jù)為0 反映出來。

針對不同生產(chǎn)廠家，進一步研究28 臺在線色譜監(jiān)測裝置所有檢測參量的測量誤差等級分布情況，結(jié)果如圖2 所示。

圖2 不同廠家在線色譜監(jiān)測裝置所有檢測參量的測量誤差等級分布情況

結(jié)果顯示，湖南電網(wǎng)中廠家N 所生產(chǎn)的13 臺在線色譜監(jiān)測裝置的104 項檢測參量的測量誤差達到A 級的52 項、達到B 級的19 項、達到C 級的6項、不合格的27 項，分別占所有檢測參量的50%，18%，6%，26%;廠家S 所生產(chǎn)的6 臺在線色譜監(jiān)測裝置的48 項檢測參量的測量誤差達到A 級的23 項、達到B 級的14 項、達到C 級的2項、不合格的9 項，分別占所有檢測參量的48%，29%，4%，19%;廠家H 所生產(chǎn)的9 臺在線色譜監(jiān)測裝置的72 項檢測參量的測量誤差達到A 級的18 項、達到B 級的13 項、達到C 級的4 項、不合格的37 項，分別占所有檢測參量的25%，18%，6%，51%。可以證明，廠家N 與廠家S 產(chǎn)品的測量誤差合格率較高，而廠家H 產(chǎn)品測量誤差超過最大限值的比率高達到51%。這種情況的出現(xiàn)，可能與產(chǎn)品設(shè)計、材料、質(zhì)量、安裝、調(diào)試等因素有關(guān)，比如未按要求進行入網(wǎng)檢測試驗、固態(tài)電化學傳感器長期運行后產(chǎn)生的測量誤差等。

3 結(jié)論與展望

在線色譜測量裝置是氣相色譜技術(shù)的補充和發(fā)展，可作為延長或縮短對變壓器檢修周期的一個科學依據(jù)，為了更好地發(fā)揮其在線監(jiān)測的作用，通過對湖南電網(wǎng)在線色譜監(jiān)測裝置運行狀況的研究分析，總結(jié)出以下建議:

1)嚴格把關(guān)設(shè)備質(zhì)量，按要求進行入網(wǎng)檢測試驗，對設(shè)計不合理、技術(shù)水平較低、質(zhì)量不達標的產(chǎn)品不允許進入電網(wǎng)。

2)規(guī)范在線色譜測量裝置的運行與維護制度，明確運維人員職責，定期開展測量數(shù)據(jù)準確性比對試驗，確保裝置運行正常、結(jié)果可靠。

3)建立省級在線色譜測量裝置數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)測量裝置以及監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)一集中管理，及時發(fā)現(xiàn)被監(jiān)測設(shè)備的故障隱患。

需要說明的是，在線色譜測量裝置重點在于連續(xù)觀察變壓器動態(tài)變化過程，當在線監(jiān)測的數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常變化時，及時記錄變壓器當時的運行工況，并結(jié)合實驗室離線色譜分析結(jié)果和高壓試驗手段，可以幫助正確判斷變壓器故障的原因、性質(zhì)與程度。但在目前實際應(yīng)用中應(yīng)該避免完全信任或者完全不信任在線色譜監(jiān)測裝置作用的觀點，而應(yīng)根據(jù)具體裝置的性能、數(shù)據(jù)對比分析結(jié)果以及應(yīng)用經(jīng)驗，逐步掌握在線監(jiān)測裝置的功能，使其發(fā)揮出最大作用。

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，電力設(shè)備的安全運行更為重視，因此，對在線色譜測量裝置提出更高的要求。在線色譜測量裝置的技術(shù)標準、智能化分析系統(tǒng)的開發(fā)，變壓器狀態(tài)評估標準以及狀態(tài)檢修的應(yīng)用等，都是今后研究的重點。但迄今為止，現(xiàn)有系統(tǒng)的研究進展不完善和先進，還不能很好滿足多種目的的技術(shù)經(jīng)濟要求，只有能長期穩(wěn)定運行，而且不需要或者很少需要維護、價格便宜的在線色譜測量裝置才具有長久的生命力。

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〔8〕國家電網(wǎng)公司． Q/GDW538—2010 變電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)運行管理規(guī)范〔S〕． 北京:中國電力出版社，2011.

〔9〕國家電網(wǎng)公司． Q/GDW539—2010 變電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)安裝驗收規(guī)范〔S〕． 北京:中國電力出版社，2011.

〔10〕國家電網(wǎng)公司． Q/GDW540—2010 變電設(shè)備在線監(jiān)測裝置檢驗規(guī)范〔S〕． 北京:中國電力出版社，2011.

〔11〕湖南省電力公司． 關(guān)于明確2012年春季變電設(shè)備帶電檢測及狀態(tài)評價工作要求的通知(湘電生〔2012〕36 號)〔S〕．2012.