油中溶解氣體在線監測裝置數據準確性評估方法的研究

唐 紅，郎雪淞，趙君嬌，王 南

( 1.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006；2.遼寧東科電力有限公司，遼寧 沈陽 110179)

變壓器是電力系統中的關鍵設備，其安全穩定運行直接關系到電網的安全運行，目前國內外高電壓、大容量的變壓器大多為充油式變壓器，在正常情況下，變壓器內油紙絕緣材料在熱和電的作用下，會逐漸老化和分解，產生少量的各種烴類氣體及CO、CO2等氣體，這些氣體溶解于油中，當存在過熱或放電故障時，就會增加這些氣體產生的速度及溶解于油中的數量[1]，變壓器內部故障類型及嚴重程度與這些氣體的組成和體積分數關系密切。變壓器油中溶解氣體分析可判斷變壓器內部故障，監視設備的運行狀況，其中氣相色譜分析法檢測油中溶解氣體是最有效的分析方法[2]。

傳統的油中溶解氣體分析檢測方法存在一定局限性，根據DL/T 722—2014《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》中的要求[3]，電壓220 kV及以上變壓器和電抗器的檢測周期為6個月，電壓330 kV及以上變壓器和電抗器的檢測周期為3個月，定期試驗周期較長，無法及時發現變壓器內部故障，對需要跟蹤分析其發展狀況和產氣增長速率的大型變壓器不能連續監測。油中溶解氣體在線監測裝置可監測變壓器絕緣油中各種氣體體積分數，同時將數據傳輸到狀態監測系統中進行實時監測[4]，當氣體體積分數超標時可及時報警，能及時掌握設備運行狀況，彌補傳統的實驗室油中溶解氣體分析檢測方法的不足，為變壓器的安全穩定運行和狀態檢修提供了技術支撐，是保障電網安全可靠運行的重要措施。

油中溶解氣體在線監測裝置數據的準確性是關鍵性指標，是運行維護人員關注的重點[5]。對油中溶解氣體在線監測裝置數據進行全過程評估分析可及時了解裝置運行情況，確保裝置數據準確可靠。

1 數據準確性的全過程評估方法

對油中溶解氣體在線監測裝置數據準確性的全過程評估分為投運前評估和運行中評估。評估方法主要有標準氣評估法和標準油評估法，油中溶解氣體在線監測裝置主要由油氣分離單元和氣體檢測單元兩大關鍵部分組成[6]，油氣分離單元是將氣體從變壓器采集到的油樣中分離出來，然后將氣體送到氣體檢測單元進行檢測。由于油氣分離不徹底、傳感器靈敏度低、采樣油路不合理、色譜柱分離不理想等因素，都可能影響數據準確性，因此，對裝置數據準確性的評估應考慮到裝置工作所有環節對數據的影響，確保裝置各個組成部分均滿足運行要求。標準氣評估法只能對裝置氣體檢測單位進行校驗，忽略了油氣分離過程對數據準確的影響，因此該方法具有一定的局限性；標準油評估法是用不同濃度的油樣與裝置進行連通校驗，該方法能夠模擬裝置真實工作條件，并充分考慮裝置的各工作環節，因此選用標準油評估法。

2 數據準確性的評估過程

2.1 油中溶解氣體在線監測裝置投運前評估

配置不同濃度的標準油樣對油中溶解氣體在線監測裝置進行投運前評估，評估內容包括數據測量誤差、測量重復性、交叉敏感性。利用智能檢定儀配置4種不同體積比的油樣，油樣中所含氣體成分及體積比應符合下列要求：烴類氣體CH4、C2H6、C2H4、C2H2體積分數小于10 μL/L，其中C2H2體積在0.5～1.5 μL/L，1個油樣；總烴體積介于10～150 μL/L，1個油樣；總烴體積分數介于150 μL/L和最高檢測限值兩者之間，1個油樣； CO體積分數大于1000 μL/L，CO2體積分數大于10 000 μL/L，H2體積分數小于50 μL/L，1個油樣[7]。

將智能檢定儀與油中溶解氣體在線監測裝置相連，進行分析測試，取相同油樣用實驗室氣相色譜儀進行分析測試，以實驗室氣相色譜儀測量結果為基準，按式(1)計算測量誤差，每組油樣的數據均應滿足表1中的測量誤差要求，第4組油樣數據滿足誤差要求，則該裝置數據滿足交叉敏感性要求。

×100%

(1)

表1 檢測限值及測量誤差要求

配置總烴大于等于50 μL/L的油樣，測量重復性的檢驗是對同一油樣，連續進行6次在線監測裝置油中氣體分析，以總烴測量結果的相對標準偏差RSD應不大于5%[8]。

(2)

2.2 油中溶解氣體在線監測裝置定期評估

在運油中溶解氣體在線監測裝置經常出現漏報警、誤報警問題，因此需要對在運裝置進行定期評估，以提升裝置數據準確性，提升應用效果。對于已投運的裝置，標準油評估法可分為現場比對法和實驗室數據比對法，數據對比時按照裝置投運前測量誤差標準進行評估。現場比對法需將配置好的油樣帶到安裝現場進行試驗對比，適用于安裝裝置數量不多的情況，實驗室數據比對法是利用變壓器的定期色譜試驗數據進行對比，適用于安裝裝置數據較多的情況。

3 在線監測裝置的數據準確性全過程評估

目前在線監測裝置質量參差不齊，對每臺油中溶解氣體在線監測裝置數據進行全過程評估分析可保障裝置數據準確性，提高裝置應用可靠性。本文以某變電站1號主變油中溶解氣體在線監測裝置從安裝前到運行后的數據全過程分析為例，配置4組油樣對該臺裝置進行安裝前數據評估，實驗室色譜數據及在線監測裝置數據如表2所示，4組油樣均滿足測量誤差及交叉敏感性的要求，對同一油樣進行6次數據測量，具體數據見表3所示，利用式(2)計算數據標準偏差，各組分數據均小于5%，滿足重復性要求，該裝置滿足要求，可安裝投入運行。

該裝置投運后進行運行中評估分析，利用該變壓器的定期色譜試驗數據，將實驗室色譜分析儀檢測結果與在線監測裝置數據進行對比，具體數據見表4，該滿足測量誤差要求，并對各組分氣體的數據趨勢進行對比分析，各組分氣體趨勢對比如圖1所示。

表2 油中溶解氣體在線監測裝置安裝前測試數據

表3 油中溶解氣體在線監測裝置安裝前數據重復性測試

表4 油中溶解氣體在線監測裝置安裝前測試數據

(a)H2氣體對比趨勢

(b)CH4氣體對比趨勢

(c)C2H6氣體對比趨勢

(d) C2H4氣體對比趨勢

(e)CO氣體對比趨勢

(f)CO2氣體對比趨勢

4 結語

對油中溶解氣體在線監測裝置數據開展全過程評估分析，投運前準確性評估檢測，保障產品質量，保證投運的裝置數據準確性滿足要求，對運行中裝置數據準確性定期對比評估，確認運行中的裝置數據是否準確可靠，能否有效監測主設備，如果發現數據準確性不滿足要求，應及時對裝置檢修，查找原因并校準裝置，保證裝置能夠發揮監測作用，為電網安全穩定運行奠定良好基礎。