絕緣油色譜在線監測裝置測量誤差偏大的原因分析

何 清，王 偉，王瑞珍，阮 羚，胡 然

(1.國網湖北省電力公司電力科學研究院，湖北 武漢 430077;2.國網湖北省電力公司，湖北 武漢 430077）

0 引言

隨著狀態檢修工作的不斷深入，高壓輸變電設備停電檢修周期由3年延長至6年，通過在線監測裝置和帶電檢測方式相結合，及時、準確了解設備運行狀態成為目前開展高壓輸變電設備狀態評價的重要技術手段和數據來源。 目前，油色譜在線監測裝置已成為各電力公司配置數量最多的在線監測裝置，如何保證油色譜在線監測裝置檢測數據的準確性成為保證充油類主設備運行安全的必然要求。

2015年湖北電科院對湖北電網內安裝的309臺絕緣油色譜在線監測裝置的運維情況進行了全面調研，并對其中的68臺絕緣油色譜在線監測裝置開展了測量誤差分析。針對絕緣油色譜在線監測裝置檢測數據測量誤差偏大的原因進行了詳細討論與分析，并針對性地提出了一些意見和建議。

1 湖北電網油色譜在線監測裝置概況

截止2015年10月，湖北全省220 kV及以上變電設備共安裝來自23個生產廠家的309臺絕緣油色譜在線監測裝置，絕緣油色譜在線監測裝置的裝設比例占運行變壓器（電抗器）總量的48.82%。其中500 kV及以上電壓等級221臺套，220 kV電壓等級88臺套。其中，采用色譜法檢測原理279臺套，采用光聲光譜檢測原理30臺套。少組分油色譜在線監測裝置26臺。圖1為2015年湖北省油色譜在線監測裝置配置數量統計。

圖1 2015年湖北省油色譜在線監測裝置配置數量統計圖Fig.1 Statistical graph of On-line Monitoring Device of Gases Dissolved in Transformer Oil in Hubei Power Grid in 2015

2 測量誤差統計分析

在GB/T 7252-2001《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》中，通常利用絕緣油色譜檢測數據中的氫氣、乙炔和總烴三個指標來進行故障判斷。因此在對絕緣油色譜在線監測裝置測量誤差計算統計中也分別針對這三個指標進行測量誤差的分類統計。

2.1 誤差計算方法

誤差計算和要求依據國家電網公司Q/GDW 540.2-2010《變電設備在線監測裝置檢驗規范 第2部分∶變壓器油中溶解氣體在線監測裝置》[1-2]。測量誤差計算公式如下

測量誤差要求在線監測裝置數據與離線裝置分析數的誤差最大不超過30%。

2.2 測量誤差數據統計

68臺絕緣油色譜在線監測裝置中有10臺設備全部7個組分（氫氣H2、甲烷CH4、乙烷C2H6、乙烯C2H4、乙炔 C2H2、一氧化碳 CO、`二氧化碳 CO2）的檢測誤差在國網要求的最大誤差標準內，檢測誤差合格率為14.7%。有31臺設備氫氣單組分、15臺總烴氣體（甲烷CH4、乙烷C2H6、乙烯C2H4、乙炔C2H2四種氣體的總和）含量檢測誤差滿足國網測量誤差要求；乙炔單組分（乙炔氣體含量大于0.5 μL/L）檢出率為100%。68臺絕緣油色譜在線監測裝置各檢測指標測量誤差數據統計分布詳見圖2。

圖2 絕緣油色譜在線監測裝置測量誤差統計分析Fig.2 Statistical analysis of measurement error of on-line monitoring device of gases dissolved in transformer oil

2.2.1 氫氣單組分檢測誤差統計

有37臺絕緣油色譜在線監測裝置單氫氣體測量誤差超過30%，測量誤差不合格率為54.4%。單氫氣體檢測誤差范圍統計如表1所示。由表1可知,氫氣單組分測量誤差主要集中在50%～80%，在此測量誤差范圍內的設備約占不合格設備的27%。在測量誤差大于100%的19臺設備中均為正偏差,即在線檢測數據明顯比離線數據偏大。

2.2.2 乙炔單組分檢測誤差統計分析

絕緣油色譜在線監測裝置共檢測到17臺設備中含有乙炔氣體，其中誤報5臺（實驗室乙炔檢測數據為0），正確檢出油中乙炔12臺。68臺油色譜在線監測裝置對乙炔氣體檢出率為100%。

表1 絕緣油色譜在線監測裝置氫氣測量誤差＞30%設備數量分類統計表Tab.1 Statistical table of H2measurement error＞30%of on-line monitoring device of gases dissolved in transformer oil

根據國家電網公司Q/GDW 540.2-2010《變電設備在線監測裝置檢驗規范 第2部分∶變壓器油中溶解氣體在線監測裝置》中對乙炔氣體最低檢測限值0.5 μL/L技術指標要求，68臺設備中實驗室檢測到乙炔含量超過0.5 μL/L的有2臺，絕緣油色譜在線監測裝置檢出率為100%，但測量誤差偏大，分別為-36%和-50%。

檢測數據表明，絕緣油色譜在線監測裝置對乙炔氣體含量最低檢測濃度可達到0.1 μL/L。在68臺離線檢測數據中有8臺乙炔含量為0.1 μL/L，在線監測裝置正確檢出5臺，未檢出3臺；另有5臺乙炔離線檢測數據為0.2 μL/L，在線監測裝置均正確檢出。在對乙炔氣體檢測中，在線監測裝置誤報5臺。

2.2.3 總烴氣體檢測誤差統計分析

有53臺絕緣油色譜在線監測裝置在甲烷、乙烯、乙烷單組分測量中誤差超過30%，測量誤差不合格率為77.9%。其中甲烷單組分有36臺測量誤差超過30%；乙烯單組分有44臺測量誤差超過30%；乙烷單組分有47臺測量誤差超過30%。測量誤差統計見表2。由表2可知,甲烷單組分測量誤差主要集中在30%～60%，共有20臺，在此測量誤差范圍內的設備約占不合格設備的55%；乙烯單組分測量誤差主要集中在50%～80%，共有14臺，在此測量誤差范圍內的設備約占不合格設備的32%；乙烷單組分測量誤差在30%～100%范圍分布均為均勻，但未檢出率最高，達11臺，占不合格設備臺數的28%。總烴各單組分氣體測量誤差大于100%的均反應為正偏差,即在線檢測數據明顯比離線數據偏大。

表2 絕緣油色譜在線監測裝置總烴測量誤差＞30%設備數量分類統計表Tab.2 Statistical table of CH4&C2H4&C2H6measurement error＞30%of on-line monitoring device of gases dissolved in transformer oil

3 測量誤差偏大原因分析

通過對全省68臺絕緣油色譜在線監測裝置開展測量誤差計算與統計，可知在線檢測數據測量誤差偏大是目前絕緣油色譜在線監測裝置運行中存在的突出問題，究其原因主要有以下4個方面。

3.1 檢測方式和原理

通常我們對油色譜在線監測裝置檢測數據測量誤差的評定是利用在線數據與實驗室離線數據的偏差來反應。但由于絕緣油色譜檢測是一個整體系統，從油氣分離、組分分離、組分檢測、到數據處理，油色譜在線與離線設備在各環節實現方式的不同必然導致檢測結果的差異。如在油氣分離單元，就存在薄膜脫氣、真空脫氣、頂氣脫氣[3]等多種方式；在組分分離單元也有經色譜柱分離后檢測和不經色譜柱混合氣體檢檢測兩種方法；在氣體檢測單元有TCD檢測器、化學傳感器檢測和光聲光譜法三種檢測原理。一般油色譜在線裝置與實驗室離線檢測設備檢測流程和方式最相似的其檢測數據與離線數據會最相近。因此，不同生產廠商不同檢測方式和檢測原理必然導致檢測誤差的存在。

3.2 產品質量

由于油色譜在線監測裝置檢測功能的實現依賴于多個環節共同作用，即使采用同一檢測原理，不同生產廠商也會使用不同靈敏度和品質的測量元件來實現其功能，以綜合考慮產品的性價比。

另外，對產品的出廠檢測方式也是造成產品最終質量差異的重要原因。如有的設備廠家在設備出廠時不是將在線監測裝置作為一個整體進行性能測試，而僅對單獨的元器件進行檢測（如只檢測檢測器）。或因實驗室靜態檢測無法真實模擬變電站現場實際動態運行條件（電磁場、溫差、污染等）而導致設備在現場實際運行的檢測結果與實驗室差異較大。設備出廠時用標準油樣還是標準氣樣開展定量檢測，以及標準油樣（或標準氣樣）的配置濃度范圍都會影響對設備檢測的最終性能。

3.3 安裝方式

油色譜在線監測裝置的進出油路一般應利用變壓器本體中部或下部的取樣口形成油路進行循環檢測。但現場調研中發現部分設備進出油路（取油管與回油管）則全部來自同一取油法蘭（一般為下部）如圖3(a)所示。由于變壓器一般采用油浸風冷或自冷方式，設備絕緣油流動性較弱，若取油點和回油點接于同一法蘭上進行采樣，當檢測周期較短時，容易造成取樣口附近絕緣油被反復取樣進行油氣分離，導致在線檢測數據偏小，無法靈敏反應設備本體實際狀態[4]。因此，建議油色譜在線監測裝置在基建安裝時應盡量將取油管與回油管分別安裝于兩個不同的法蘭取油口，如圖3(b)所示。

圖3 油色譜在線監測裝置絕緣油檢測管路安裝圖Fig.3 External Detection circuit ofOn-line Monitoring Device of Gases Dissolved in Transformer Oil

3.4 運維管理

除了以上設備固有的檢測方式及原理、產品自身質量以及外部安裝方式導致的檢測數據不準確外，油色譜在線監測裝置實際的運維方式也會影響其檢測結果。

3.4.1 檢測頻率

油色譜在線監測裝置壽命主要由色譜柱和檢測器決定，以TCD檢測器為例，一般按24 h/次計算，可使用5～7年。而對于一些重要設備，如特高壓以及換流站設備，要求4～6 h/次或更短檢測周期的，檢測頻率的增加勢必會大大加速色譜柱和檢測器的性能退化，直接影響檢測結果的準確性。

3.4.2 設備維護

除油色譜在線監測裝置自身產品質量外，現場運維技術與水平也是影響設備正常運行，提供準確檢測數據的關鍵因素。如運行中及時記錄載氣壓力定期更換載氣鋼瓶；定期更換色譜柱或檢測器；定期開展在線監測數據與離線數據的測量誤差對比和絕緣油色譜在線監測裝置的現場校驗等，發現問題及時開展設備維護。

3.4.3 運行年限

油色譜在線監測裝置由大量的電子元器件組成，電子元器件的正常使用壽命一般號稱最長可達7～10年，但受現場惡劣運行條件、檢測頻率和設備運行維護等因素的影響，絕緣油色譜在線監測裝置實際運行壽命一般為5年左右。在2015年統計的全部7個組分滿足測量誤差要求的10臺絕緣油色譜在線監測裝置中，設備運行2年的有6臺，占60%，運行時間最長的也只有4年，因此設備使用年限越長其檢測靈敏度會越低。

4 結語

本文通過對2015年湖北電網68臺油色譜在線監測裝置的測量誤差分析數據，對造成測量誤差偏大的原因從檢測原理、檢測器溫度、產品質量、安裝方式以及現場運維管理5方面進行了詳細、深入的探討與分析。針對這5個方面的原因，建議嚴格把控油色譜在線監測裝置從技術選型、招標采購、入網檢測、現場安裝與驗收、運維管理、定期校驗、設備狀態評估到設備退役的全過程、全壽命技術監督與管控工作，充分利用好油色譜在線檢測這一先進技術手段，切實發揮其動態檢測準確、狀態預警及時、故障反應靈敏的技術優勢，為電網主設備經濟、安全、穩定運行提供可靠保障。

[參考文獻]（References）

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