油色譜在線監測裝置故障類型及處理方式

尹 龍，朱遙遠，洪 亮，談 杰，黃曉峰

（國網浙江省電力有限公司金華供電公司，浙江 金華321000）

主變油色譜在線監測裝置對變壓器油中氣體含量進行實時監測，將監測數據進行分析，最終將分析結果通過通信裝置反饋到后臺，智能評估變壓器內故障缺陷，保障變壓器安全運行的高效輔助裝置。其關鍵技術已成熟，如文獻[1-4]探討了氣相色譜原理、薄膜滲透技術和紅外光譜三種原理的色譜裝置的評估。大數據大物聯智能化變電站的建設，在線監測裝置現已在國內外得到廣泛應用，也有許多文獻對油色譜在線監測裝置實際運用的優劣評估，如文獻[5-7]將離線數據與在線數據進行對比分析評估在線監測的效果，雖然有文獻對在線和離線數據進行對比分析，大都討論兩者之間的差異，探討在線數據的不可靠性。然而實際中，油色譜在線監測裝置已大量投入使用，但很少有文獻探討過在線監測裝置在使用中存在的故障情況，文獻[8]討論了油色譜裝置中傳感器的有效性評估，探討了傳感器故障導致不同類型的數據問題。文獻[9-10]從檢測原理、檢測器溫度、產品質量、安裝方式等方面分析了測量誤差偏大的原因。文獻[11-12]介紹了油色譜在線監測裝置的使用現狀，僅概述其優缺點等。然而該裝置使用多年來，對于油色譜在線監測裝置的問題歸類及處理方式的研究幾乎沒有。

在實際應用中，在線監測裝置出現的故障眾多，且故障重復不斷，日常維護工作繁多。本文主要通過對我局管轄的110kV和220kV共290臺油色譜在線監測裝置近3年內的故障數據進行分析匯總，結合現場實際處理情況，探討了該類裝置主要的故障類型、故障發生率等，最后通過實際案例，從數據統計、數據差異和故障現象分析，制定一套現場消缺流程，總結出一套高效的處理措施，為設備安全運行提供保障。

1 成套油色譜裝置的組成

油色譜在線監測裝置主要有氣相色譜原理、薄膜滲透技術和紅外光譜原理三種，已有大量文獻對此三種技術進行了深入地對比分析研究，如文獻[1-2]，此處不再敘述。本文主要對本地區范圍內的油色譜在線監測裝置的類型及其故障程度作出研究。

本地區總共有292臺色譜在線監測裝置，其中氣相色譜原理的290臺，薄膜滲透技術的2臺，紅外光譜原理的0臺。

由于氣相色譜原理的在線監測裝置發展相對成熟，與離線色譜原理相同，被廣泛使用，因而在應用上占據絕大部分，本文重點討論氣相色譜原理的油色譜在線裝置的缺陷情況。

如圖1所示，成套油色譜在線監測裝置由CAC在線監測屏柜和現場色譜裝置兩部分組成，CAC在線監測屏柜主要起到數據存儲、分析和與后臺應用傳輸的作用，現場色譜裝置用于油色譜試驗與離線氣相色譜儀原理類似。其中CAC在線監測屏柜內包含：UPS電源、交換機、液晶顯示器、CAC主機。現場色譜裝置主要包含油路部分、氣路部分、油氣分離模塊、氣體分離模塊和信號處理主控單元。各模塊的原理作用介紹詳見文獻[2]。

圖1 成套油色譜在線監測裝置組成

2 故障類型與處理方法

本節根據實際工作將遇到的故障進行數據挖掘并整理歸類，并總結出一套故障分析思路及處理方法。

2.1 故障類型

根據油色譜在線監測裝置的結構組成，可以發現故障會出現在其主要結構部分和網絡通信部分。然而各部位發生故障的概率不同，如圖2所示，根據3年內的故障數據統計，可看出，CAC主機故障發生概率近43%；其次是信號處理主控單元中的數據上傳模塊，發生故障的概率達到30%；油路部分故障概率3%，主要是滲漏問題；氣路部分10%，多為欠氣壓問題；網絡通信故障12%。

圖2 各部分故障概率

通過對近3年的數據進一步地分析歸類，無論是CAC在線監測屏柜還是現場色譜裝置，其主要故障可歸類為通信中斷、數據異常兩種情況。具體情況如表1所示。根據多年的數據總結，通信中斷缺陷占總缺陷的42%，數據異常占45%，載氣欠壓占10%，滲漏油3%。

本單位有290臺裝置，但是每年消缺數量達到700條，平均每臺裝置每年故障次數為2.5次，除去欠氣壓和滲漏油故障外，相當于每年每臺裝置會出現1～2次數據異常或者是通信故障的情況，故障頻率相對較高。

2.2 處理方式

針對歸納出的缺陷情況（見表1），通過長期消缺經驗總結出以下的處理方式：

表1 故障類型

（1）CAC通信中斷無法遠程連接：該故障絕大多數情況是主機死機或者軟件崩潰，常現場重啟CAC電源即可恢復；如若重啟仍然無法遠程連接，檢查CAC主機是否正常，檢查交換機、通信線路有無問題。

（2）油色譜裝置通信中斷：此缺陷為通信出現問題，一般有CAC到后臺光纖和油色譜裝置到CAC段出現問題。CAC到后臺出現問題一般后臺無法查看到CAC，如果是油色譜裝置到CAC段問題，則表現為后臺能查看到CAC，但其數據停留在某一天不變，同時現場色譜裝置內是更新的數據。出現問題的部位多在接口處、光纖穿孔穿墻等彎折處。

（3）數據全為0：多發生在現場色譜裝置處，一般是該裝置進行了采樣，但分析后的數據未能正確上傳到后臺，色譜進樣裝置、數據上傳模塊等出現問題。

（4）數據不變：CAC后臺數據雖然在更新，但數值完全沒有改變，多為數據上傳模塊出現故障和軟件程序出現絮亂。

（5）數據超過告警值：收到的缺陷單中多為H2超標，離線色譜正常，多為油路循環系統出現堵塞問題導致死油進樣。還有原因是在線裝置運行時間久后會出現不準確的問題極大，需廠家到現場修正數據。

（6）數據串通道：此問題自然發生的概率極小，多為廠家現場維護時搞錯信號通道，導致多臺主變的數據混亂。一般現場更改通道即可。

（7）數據時有時無：該情況比較特殊，也是極少會發生。第一筆數據正常，第二筆數據異常，第三筆正常，第四筆異常，形成隔天告警的情況，內部軟件程序絮亂，這是數據處理上傳模塊或者脫氣單元出現了問題。

（8）載氣欠壓：載氣用盡，需更換。目前用到的載氣有高純氮和高純空氣，一瓶8L的載氣可用2年左右。

（9）滲漏油：多發生在管路接頭處,應定期檢查，絕大多數的滲漏油情況是由于螺帽松動或者內部的橡皮圈老化造成的。

3 案例分析

本地區220kV倪宅變#3主變于6月份更換且熱油循環濾油處理，離線油色譜合格，在線油色譜合格，然而從10月16日開始出現異常，從表2、表3和表4中數據可看出其出現的狀況有以下幾種表現：

表3 離線數據

（1）數據時有時無，第一天故障而第二天故障自行消失，該情況反復出現。

（2）數據全為0和部分數據丟失為0。

（3）數據階躍離譜，10月17日的CH4量相較于16、18日的太過離譜。

（4）10月份在線數據與離線數據近似，數據較為準確，然而到11月份，雖然故障消除，烴類氣體值區別不大，但H2相差較大。

此種異常數年來第一次出現，詢問廠家后得知全省數年內都未遇到過，特別是反復出現第一天數據全為0，第二天自行恢復正常的現象。現場消缺時最先判斷是軟件程序出現絮亂，然而升級軟件后多次運行，仍然出現該種問題。

根據數據時有時無這種情況，可以發現，油能正確采樣，說明油路模塊沒有問題，數據處理后能上傳成功，證明信號處理主控單元沒問題。從表2數據可發現兩種問題：某天數據全為0和部分數據為0，判斷是脫氣不夠充分造成的，最后更換脫氣單元現場手動運行多次后，故障被排除。在線裝置內的色譜柱等長期未更換，老化靈敏度降低等，導致數據缺陷問題較多。

表2 在線數據

而CH4偏差的情況，根據文獻[8]分析判斷，多為傳感器的數據采集部分受到強電磁干擾而發生的精度失真造成的。消缺后的在線數據如表4，基本趨于穩定，但H2與離線數據偏差較大，與真實值之間存在固定的偏差，可能氣體檢測單元老化等造成的固定偏差故障。

表4 消缺后在線數據

4 結論

本文通過對本地區290臺設備3年內的故障數據進行分析，探討了成套油色譜在線監測裝置的組成，根據其組成和實際工作中的積累，總結出了該裝置的故障類型，并對故障發生頻率進行統計，最后針對該類故障，總結出以下結論：

（1）室內屏柜中CAC裝置質量主機較差，經常出現死機狀態，需現場重啟才能恢復正常，建議應用單位安裝新設備并選用質量較好的主機。

（2）需到現場維護的故障主要是數據異常故障，不同類型的數據異常有著對應的處理方式，極少情況出現特殊異常，多發生在室外色譜裝置處。

（3）該類裝置的故障幾乎全為固體硬件的故障，反映出了廠家所用材料及制造工藝方面的不足，建議選購時對各廠家設備進行綜合考慮。由于故障多，且復發性較高，后期維護耗時耗力，同時每年維護費用巨大。建議與廠家簽訂協議，如更換部件后一年內不得再次出現同一問題，如再出現則廠家需自行承擔費用，避免劣質部件的出現。

（4）要確保運行的在線數據與離線數據相近，還應保證色譜柱的定期更換。

未來將考慮天氣、濕度、溫度、采樣周期等，通過大數據分析技術，探討各類條件與油色譜在線監測裝置準確性、故障情況之間的函數關系，為設備安全運行提供保障。