油色譜在線監測系統在特高壓變電運維的應用

王翔宇

（國網江蘇省電力有限公司檢修分公司，江蘇 南京211100）

隨著社會的發展，對電力的需求也不斷擴大，電網的設備也在不斷的增加，變電運維的壓力也不斷增大，如今隨著局放在線監測、油色譜在線監測、SF6 在線監測等一系列智能輔助系統的應用，可以輔助我們及時發現隱患，并扼殺在搖籃之中。本文將分析油色譜在線監測系統在特高壓變電運維的應用。

1 油色譜在線監測系統在特高壓變電站中應用的重要性

特高壓變電站變壓器、換流變、高抗等注油設備眾多，變壓器油作為絕緣和散熱介質，在運行過程中，變壓器油和設備中的絕緣材料在電場與磁場的作用下，會逐漸老化和分解，產生一氧化碳、二氧化碳、氫氣以及少量低分子烴類等氣體，并溶解于絕緣油中。當存在隱患或者故障時，這些氣體會迅速產生，通過油色譜在線監測系統的定期檢測，運行人員可根據微小的氣體含量變化以及新增的氣體，來判斷設備的運行狀況，并結合帶電檢測等手段合密切監視氣體發展情況，做好綜合分析處理。

2 變壓器等設備故障診斷相關知識

2.1 變壓器油中溶解氣體的來源

變壓器油中溶解氣體的主要來源有空氣的溶解、正常運行下產生的氣體、故障運行下產生的氣體。一般變壓器油中溶解氣體的主要成分是氧和氮，它們都是來源于空氣在油中的溶解。正常運行中變壓器內部絕緣油和固體絕緣材料會緩慢老化。故障運行下產生的氣體主要是在熱、電和機械應力的作用下絕緣材料發生裂解而產生。

2.2 變壓器等設備產氣故障類型及油中氣體特征

2.2.1 過熱故障。過熱按溫度高低，可分為低溫過熱（150℃以下）、中低溫過熱（150℃～300℃）、中溫過熱（300℃～700℃）和高溫過熱（700℃以上）。熱點只影響到絕緣油的分解而不涉及固體絕緣的裸金屬過熱性故障時，產生的特征氣體主要是甲烷和乙烯，一般二者之和占總烴的80%以上。當故障點溫度較低時，甲烷占的比例大，隨著熱點溫度的升高（500℃以上），乙烯、氫組分急劇增加，比例增大。當嚴重過熱（800℃以上）時，也會產生少量乙炔，但其最大含量不超過乙烯量的10%。涉及固體絕緣的過熱性故障時，除產生上述的低分子烴類氣體外，還產生較多的CO/CO2。隨著溫度的升高，CO/CO2比值逐漸增大。

2.2.2 放電故障。放電又可分為局部放電、火花放電和高能量放電三種。電弧放電屬于較嚴重的放電現象，故障氣體的特征是乙炔和氫占主要部分，其次是乙烯和甲烷。火花放電屬于中等放電現象，故障產生的主要氣體成分也是乙炔和氫，其次時甲烷和乙烯。局部放電的主要特點是低能量、低密度，外部表現不明顯，但作用時間長，H2、CH4等特征氣體會持續增長，因此通過油色譜分析可以有效地診斷局部放電故障。這種故障中產生的氫組分最多，其次是甲烷，當放電能量高時，會產生少量的乙炔。

2.2.3 受潮故障。設備內部進水受潮也是一種內部潛伏性故障。在設備內部進水受潮時，油中水分和帶濕雜質易形成“小橋”，或者固體絕緣中含有的水分加上內部氣隙空洞的存在，共同加速絕緣電老化過程，并在強烈局部放電作用下，放出氫氣。另外，水分在電場作用下發生水解作用，水與鐵又會發生電化學反應，都可產生大量的氫氣。

3 特高壓油色譜在線監測系統應用

3.1 特高壓變壓器（高抗）油色譜在線監測裝置閾值設定

閾值分注意值1、注意值2 和告警值三種，包括乙炔、氫氣和總烴等特征氣體含量、絕對增量和相對增長速率三部分(這只針對油色譜裝置精度滿足要求的情況)，具體要求詳見下表1：

表1 特高壓變壓器（高抗）油色譜在線監測裝置閾值

3.2 閾值計算及處置策略

3.2.1 數據采集周期。特高壓變壓器（高抗）油色譜在線監測裝置數據采集周期應不大于4 小時，當監測數據出現異常增長或判斷設備內部存在缺陷時，宜將裝置數據采集周期縮短至最小檢測周期。

表2 特高壓變壓器（高抗）油色譜在線監測數據越限后的異常處置原則

3.2.2 計算公式。特高壓變壓器（高抗）油色譜在線監測裝置特征氣體的絕對增量和相對增長速率分別按以下方式計算：

（1）絕對增量，即每運行周產生某種特征氣體的差值，按下式計算：

3.2.3 參比值取值原則。絕對增量γa和相對增長速率γr中參比值Ci，1指通過計算得到的裝置對應特征氣體含量，按以下原則取值：

（1）正常情況下，參比值取裝置前14 天～前7 天之內測量數據的算術平均值，且計算前應先剔除測量數據中的奇異值；

（2）裝置新投運或校準、檢修后恢復運行的：如投運或恢復運行不滿14 天，參比值取7 天前實際運行天數測量數據的算術平均值；如投運或恢復運行不滿7 天，參比值取第1 天測量數據的算數平均值，且計算相對增長速率時不折算至周，判斷標準參照表2 執行。

3.2.4 越限處理。特高壓變壓器（高抗）油色譜在線監測數據越限后的異常處置原則詳見表2。

3.2.5 油色譜在線監測系統在特高壓實際應用案例。2 月26日，某特高壓站油色譜在線監測發現某線B 相高抗乙炔含量快速上升，突增到4.28μL/L（25 日前一直穩定在1.7μL/L 附近），同步離線油色譜測試結果為3.56μL/L。后續跟蹤在線色譜數據27 日為5.92μL/L，28 日7.04μL/L，29 日11.1μL/（離線數據同步增長分別為5.61、7.04、9.84）2020 年02 月26-27 日兩次對某線高抗B 相進行現場高頻、特高頻局放、超聲局放以及紅外測溫等帶電檢測工作。放電信號同時呈現懸浮放電、絕緣缺陷兩種特征，可能為同一放電源多重局放特征或存在多個放電源。局放定位分析放電源位于高抗Y 柱區域。

4 結論

油色譜在線監測系統是換流變壓器等大型充油設備在不停電條件下故障的早期預警及快速判斷的重要手段。在特高壓日常運維中，確保油色譜在線監測裝置正常運行，通過對在線監測數據的分析以及結合帶電檢測等方式對運行設備進行綜合診斷，提高了電網的運行可靠性。