變壓器油在線色譜監測裝置的應用現狀分析

郭 偉，武志峰，郝菊屏，祁 炯

(1.國網安徽省電力公司馬鞍山供電公司，安徽 馬鞍山 243000；2.國網安徽省電力公司電力科學研究院，安徽 合肥 230022)

0 引言

變壓器作為電力系統的重要設備之一，它的健康狀況直接關系到電網的安全、穩定和經濟運行。傳統的變壓器狀態檢測和監督方式是進行周期性預防性試驗，包括停電電氣試驗和絕緣油的色譜分析。這2種方式對了解設備的健康狀況，及早發現設備存在的安全隱患，保障設備的安全運行發揮了積極的作用。但是變壓器的某些事故是突發性的，并在很短的時間內發生。傳統的變壓器油實驗室色譜分析周期長，無法在2次分析時間間隔內及時捕捉到預示變壓器發生事故的早期狀態信息。而采用故障特征氣體在線監測手段則可以克服實驗室色譜監測試驗周期長、測量環節多、操作繁瑣的缺點，對智能電網的建設和實現設備的狀態檢修，即時遠程監測、降低計劃外停電時間等起到決定性的作用。

1 在線色譜的監測技術及檢測原理

在線色譜監測原理就是色譜分析原理。國內外現有的油中溶解氣體(DGA)在線監測裝置一般由油氣分離、組分分離、氣體檢測、數據處理與傳輸、故障診斷5部分組成。其中油氣分離是在線色譜監測的核心，油氣分離效果的好壞直接影響著在線色譜監測裝置的準確性和對變壓器進行監測的有效性。DGA在線監測裝置組成結構如圖1所示。

圖1 油中溶解氣體在線監測裝置組成結構

馬鞍山供電公司目前主要安裝使用河南中分儀器股份有限公司生產的中分3000在線色譜監測裝置和寧波理工監測設備有限公司生產的MGA2000—6H型在線色譜監測裝置。這2種不同類型的在線色譜監測裝置工作原理如下。

(1)河南中分3000在線色譜監測裝置使用實驗室經典的動態頂空(吹掃—捕集)脫氣技術，其工作原理是：在油樣進入脫氣模塊后，把載氣通入油中，在持續的氣流吹掃下，樣品中的組分隨載氣逸出來，并通過一個裝有吸附劑的捕集裝置進行濃縮；經過一段時間后，樣品中的組分全部或定量進入捕集器，再由切換閥將捕集器中的組分迅速切換到色譜柱進行分離；分離后的氣體組分經高靈敏度的微橋式檢測器轉換成與濃度成正比的模擬信號，再經過A/D轉換，通過無線遠程通訊系統，將數據傳輸到帶有通訊系統的色譜在線監測工作站，實現對變壓器油中氣體組分的監測。

(2)寧波理工MGA2000—6H在線色譜監測裝置的工作原理是：溶解在變壓器油中的故障特征氣體進入氣體采集器，經由毛細管平衡滲透約1 h后實現油氣分離，然后在內置微型氣泵的作用下，進入電磁六通閥的定量管；定量管中的故障特征氣體在載氣作用下再經過色譜柱，然后氣體檢測器按氣體出峰的先后順序將H2，CO，CH4，C2H4，C2H2和C2H6這6種氣體變換成電壓信號；色譜數據采集器將采集到的電壓信號通過RS485上傳給安裝在控制室的數據處理器；數據處理器根據儀器標定的數據進行定量分析，計算出各組分和總烴。

2 在線色譜監測裝置的安裝情況

截至2012年年底，公司先后在220 kV采石變、500 kV當涂變、110 kV雨山變等7所變電站共計安裝河南中分3000和寧波理工MGA2000—6H在線色譜監測儀15臺，具體的安裝和運行情況如表1所示。

表1 在線色譜監測裝置安裝運行情況

3 在線色譜監測裝置的運行分析

從公司目前在運的15臺在線色譜監測裝置中，抽取作為公司樞紐變的220 kV采石變1號主變、城市最南部的220 kV長龍山變2號主變、華東電網當涂500 kV開關站2號主變A相、220 kV香泉變2號主變這4臺主變作為樣本進行分析研究。計算出在線色譜監測裝置監測數據與實驗室離線色譜分析數據之間存在的差異，并結合國家電網公司Q/GDW 536—2010標準《變壓器油中溶解氣體在線監測裝置技術規范》(見表2)，分析在線色譜監測裝置檢測數據與實驗室離線色譜檢測數據之間數值偏差產生的原因，探討總烴及特征氣體含量的變化趨勢。

表2 在線監測裝置的檢測要求

為了深入研究在線監測裝置監測數據的準確性、穩定性和誤差范圍，公司自2012年2月開始提取實驗室離線色譜試驗數據，和在線色譜監測裝置的監測數據進行對比。公司檢修試驗工區技術監督班采用河南中分2000B型氣相色譜分析儀，對上述4臺主變各采樣2次，其監測數據的對比如表3～6所示。

針對上述8組離線、在線色譜監測裝置分析數據得出的124項檢測組分，根據國家電網公司Q/GDW 536—2010標準和DL/T 722《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》中在線監測裝置與實驗室色譜儀對同一油樣測量誤差不得大于30 %的要求，按照公式：測量誤差=[(在線監測裝置檢則數據-色譜儀檢測數據)/色譜儀檢測數據]×100 %計算測量誤差，來考察在線色譜監測裝置測試數據的準確性(準確度一般用誤差來表示)。通過數據分析結果可以看出，絕大多數的檢測組分測量誤差遠大于30 %。各檢測組分測量誤差大于30 %的分布如圖2所示。

由圖2可知，在線監測裝置測試數據的準確性，顯然達不到國家電網公司Q/GDW 536—2010和DL/T 722中規定的，在線監測裝置監測數據同

實驗室色譜數據相比，測量誤差不得大于30 %的要求，造成在線監測數據沒有實際意義，有時甚至誤報警，干擾正常的生產運行。但是從在線監測裝置監測數據的精密度來考察(精密度一般用偏差來表示), 按照公式：相對偏差=[(實測值-算術平均值)/算術平均值]×100 %，通過計算和分析其各組分測量偏差，絕大多數符合國家電網公司Q/GDW 536—2010和 DL/T 722中規定的，在線監測裝置與實驗室色譜儀對同一油樣測量相對偏差不得大于10 %的要求。各檢測組分相對偏差小于10 %的分布如圖3所示。

表3 MGA2000—6在線監測裝置與離線色譜試驗數據對比(當涂500kV 2號主變A相)

表4 中分3000在線監測數據與離線試驗數據對比(采石變1號主變)

表5 中分3000在線監測數據與離線試驗數據對比(長龍山變2號主變)

表6 中分3000在線監測數據與離線試驗數據對比(220kV香泉變2號主變)

圖2 油中溶解氣體測量誤差大于30%的分布情況

圖3 監測組分精密度符合要求的分布情況

4 結論與建議

(1)變壓器油色譜在線監測裝置的技術原理與常規的實驗室離線色譜檢測原理在本質上是一樣的，都是實現對變壓器本體內部的油中溶解氣體的分析檢測，其中脫氣技術是關鍵。氣體分離技術目前已經很成熟，一般各個生產廠家在產品質量上無太大的差別；數據的采集、傳輸、控制等技術也日臻完善。英國中央發電局(EGB)認為，分析測量誤差多半產生在變壓器油脫氣階段。不同廠家生產的在線監測裝置因其脫氣原理不同所產生的誤差也不一樣。

(2)H2，C2H2和總烴作為溶解于油中的重要特征氣體，對及時發現變壓器存在的潛伏性故障意義重大。公司目前安裝的15臺在線色譜監測裝置對于故障特征氣體H2，C2H2和總烴的監測比較可靠。以H2為例，大多數在線色譜監測數據都遠遠大于離線色譜的監測數據，這主要是由于H2在油中溶解度較低、易擴散、較難密封所導致。但是，在線色譜和離線色譜監測裝置在分析同一組分時兩者之間的增長趨勢基本一致，而實驗室離線色譜從油樣的采集、到油樣的脫氣、再到樣氣的轉移和進樣操作，分析周期長、作業程序復雜，影響試驗準確度的因素很多，造成系統誤差的外在因素總和大于在線監測裝置，這也是造成離線色譜監測數據普遍小于在線色譜監測數據的主要因素。

(3)從表3～6可以看出，由于分析的是同一個主變的2組數據，一般同一臺設備在線色譜監測裝置中測試的數據與離線數據對比，或者2次均大，或者2次均小，這再次證明在線色譜監測裝置再現性好、精密度高的優點。

(4)離線色譜監測裝置一般是在恒溫的實驗室中進行測試的，每次測試前需用標氣進行標定，且需定期進行校驗，因此色譜數據的準確率很高。而在線色譜監測裝置一般安裝在室外變壓器附近，工作環境溫度變化大，電磁場干擾嚴重復雜，雖然制造廠商對此采取了很多的措施，但是對于測量毫伏級的色譜信號，要完全消除一些隨機出現的干擾是不可能的。且在線色譜監測裝置在測試前不可能用標氣進行標定，本身發生故障也不可能及時被發現，如溫控系統損壞時會造成出峰時間短，峰高升高，所以在線色譜數據的準確性比離線色譜數據低。因此，必須采取有效的智能譜峰識別方法來剔除干擾，避免誤報警。

(5)在線色譜監測裝置重點在于連續觀察變壓器內部的狀態信息，一旦在線監測的數據出現異常變化或發出報警時，應引起高度重視。及時記錄變壓器當時的運行工況，并立即去現場取樣進行實驗室離線色譜分析，同時對離線監測結果進行核定，最終根據離線色譜的分析數據和高壓試驗手段，結合變壓器歷史試驗數據，運行、檢修及安裝情況來決定是否要對該臺變壓器進行縮短分析周期、跟蹤監測和停電檢修等處理措施。這樣有助于正確判斷變壓器故障的原因、性質與程度。但在目前實際應用中應該避免完全信任或者完全不信任在線色譜監測裝置作用的觀點。在線色譜監測裝置正處于發展階段，在使用過程中的可靠性和準確性還存在一些問題，應根據運行實踐，積累數據經驗，針對不足，研究對策。

(6)對在線色譜監測裝置的主要要求是所測數據與實驗室色譜所測數據具有可比性，能夠反映油中溶解氣體的變化趨勢，但并不是要求與實驗室數據完全一致。根據色譜分析原理可知：色譜數據的所有信息均來自譜圖，所以通過數據與譜圖對比，對譜圖進行人工判讀識別，能有效地剔除干擾數據，提高數據的準確性。圖4是公司使用的MGA2000-6H在線監測裝置在主變監測過程中的一次出峰圖。

圖4 MGA2000-6H在線監測裝置一次出峰

通過查看圖4中基線是否穩定、平直，各組分的分離情況、出峰時間、峰高有沒有變化，再對各組分對應的波峰和數據進行一一比對，從而確定數據的可靠性。別外，圖4中出現的微量乙炔是干擾信號引起的，經離線色譜復核可知，乙炔這種成分是不存在的。

(7)嚴把在線監測裝置的入網、基建、調試和驗收關，按要求對產品進行入網檢測試驗，拒絕設計不合理、技術水平較低、質量不達標的產品進入電網。

(8)規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，定期進行測量數據準確性比對試驗，對在線監測裝置的準確性進行評價，確保裝置運行正常、結果可靠。

(9)建立省級在線色譜監測裝置數據監控中心，統一不同廠家生產的在線監測裝置所采用的通訊規約和數據格式，實現測量裝置及監測數據的集中統一管理，從而及時發現被監測設備存在的故障隱患。

(10)加強對各級相關專業人員的業務技能和理論知識的培訓，提高對在線監測裝置的維護和管理水平。

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3 周利軍，吳廣宇，周志成，等.絕緣油中多組分氣體在線監測裝置[J].中國鐵道科學，2007(4).

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