鐘志芳

摘要：油中溶解氣體氣相色譜分析是變壓器內(nèi)部故障的重要檢測(cè)手段。隨著電網(wǎng)的發(fā)展和運(yùn)行電壓的提高，油中溶解氣體氣相色譜分析技術(shù)不斷改進(jìn)，由常規(guī)的色譜分析方法到目前采用的在線監(jiān)測(cè)，從根本上發(fā)生了質(zhì)的飛躍。文章針對(duì)東莞供電局目前使用油在線監(jiān)測(cè)有奧特訊KG2000A、中能電力科技開發(fā)有限公司生產(chǎn)的 Hydran201i型（簡(jiǎn)易型DGA）和中分3000型在線色譜儀（全組分DGA），詳細(xì)介紹變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的原理、結(jié)構(gòu)，并分析其在東莞供電局變電站實(shí)際應(yīng)用中的情況。

關(guān)鍵詞：變壓器；油中溶解氣體；在線監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)：TM406文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-8937（2011）22-0030-02

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電網(wǎng)容量逐漸增大，電壓等級(jí)也隨之提高，設(shè)備故障所產(chǎn)生的影響也相應(yīng)增大。作為變壓器是在電力系統(tǒng)中最重要、最昂貴的設(shè)備之一，其運(yùn)行狀態(tài)的安全與否直接關(guān)系到整個(gè)電力系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。因此，隨時(shí)檢測(cè)變壓器絕緣油中的氣體，及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部故障的第一手資料，是保障供電可靠性的重要手段之一。

常規(guī)的油色譜分析法是基于實(shí)驗(yàn)室的分析技術(shù)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)采取油樣后在實(shí)驗(yàn)室定期進(jìn)行分析。其缺點(diǎn)是在取油樣周期間隔中，無(wú)法對(duì)變壓器油中氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)有效的監(jiān)測(cè)，對(duì)某些發(fā)展比較快的突發(fā)故障就成了漏網(wǎng)之魚，造成不必要地?fù)p失。而且在取樣試驗(yàn)過(guò)程中環(huán)節(jié)比較多，存在較大的人為誤差，影響其數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置的使用有效地解決試驗(yàn)室油樣分析的限制，既可及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部潛伏性故障，又可以監(jiān)控變壓器運(yùn)行中油色譜數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，大大提高了變壓器的運(yùn)行可靠性和安全性。

1油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置的工作原理

1.1系統(tǒng)功能分類

①單組分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。僅對(duì)油中溶解的單組分氣體或某幾種氣體成分總量作檢測(cè)。我局采用的有中能電力科技開發(fā)有限公司生產(chǎn)的 Hydran201i型，深圳奧特迅?jìng)鞲屑夹g(shù)有限公司生產(chǎn)的TransPro KG2100A、2100B。

②多組分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。對(duì)油中溶解的多個(gè)氣體成分作定量檢測(cè)。我局采用的有河南省中分科技有限公司生產(chǎn)中分3000型變壓器油中氣體在線監(jiān)測(cè)裝置。

1.2系統(tǒng)組成

油色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般由油氣分離單元、氣體檢測(cè)單元、數(shù)據(jù)分析單元和數(shù)據(jù)傳輸單元。

①油氣分離單元。由于氣體檢測(cè)器一般不能和變壓器油直接接觸。當(dāng)前各種在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的油氣分離方法主要有：機(jī)械震蕩分離法、真空脫氣分離法、透氣膜分離法。前兩種多與實(shí)驗(yàn)室采用的方法一致，主要用于多組分油在線監(jiān)測(cè)裝置，如河南省中分科技有限公司生產(chǎn)中分3000型。后一種多用于單組分的油在線監(jiān)測(cè)裝置，如：中能電力科技開發(fā)有限公司的Hydran201i型和深圳奧特迅?jìng)鞲屑夹g(shù)有限公司生產(chǎn)的TransProKG2100A、2100B。

②氣體檢測(cè)單元。將油氣分離單元脫出的油中溶解氣體在氣體檢測(cè)單元完成轉(zhuǎn)換。檢測(cè)單元通過(guò)直通管與氣體分離單元相連，油中滲透出來(lái)的混合氣體經(jīng)色譜柱分離后，再經(jīng)傳感器，則得到各種氣體的含量：氫氣（H2）、一氧化碳（CO）、甲烷（CH4）、乙烯（C2H4）、乙烷（C2H6）、乙炔（C2H2）和二氧化碳（CO2）。單組分的油在線監(jiān)測(cè)裝置常采用燃料電池等方案。

2各類在線監(jiān)測(cè)裝置的運(yùn)行情況（截止2010年底）

①河南省中分科技有限公司生產(chǎn)的中分3 000型變壓器油中氣體在線監(jiān)測(cè)裝置。

該設(shè)備可分別檢測(cè)七種主要故障特征氣體的濃度，采用傳統(tǒng)的色譜柱在線監(jiān)測(cè)，相當(dāng)于實(shí)驗(yàn)室的微型版，測(cè)試數(shù)據(jù)與離線試驗(yàn)數(shù)據(jù)接近，能直接反應(yīng)變壓器油內(nèi)部的真實(shí)情況。但由于它是離線實(shí)驗(yàn)室的微型版，采用的輔助設(shè)備較多，需載氣和一些消耗品，因此一般情況要求每?jī)赡旮鼡Q一次載氣，再者它在室外，環(huán)境較現(xiàn)實(shí)的實(shí)驗(yàn)室惡劣，因此對(duì)各種零件的損壞比較大，要多采用耐高溫，抵寒冷的材料。雖然如此，隨著儀器的運(yùn)行時(shí)間推移，其暴露問(wèn)題也逐漸增多，僅2010年河南中分3 000就出現(xiàn)了15次故障，故障率為35.7%。故障主要有二個(gè)，其一為設(shè)備軟件問(wèn)題，如出現(xiàn)3次客戶端軟件數(shù)據(jù)不更新，需現(xiàn)場(chǎng)重啟儀器后方能恢復(fù)正常，還出現(xiàn)軟件參數(shù)設(shè)置問(wèn)題，需修正軟件參數(shù)后才可正常。其二為設(shè)備硬件故障，主要為儀器無(wú)線模塊、主板、電路板或電源板燒壞（出現(xiàn)5次），另一個(gè)為設(shè)備油路回油閥、電磁閥漏油，需更換或維修。

②中能電力科技開發(fā)有限公司生產(chǎn)的Hydran201i型變壓器油中氣體在線監(jiān)測(cè)裝置。

該設(shè)備由于是通過(guò)一種具有選擇性的滲透膜進(jìn)入電化學(xué)氣體監(jiān)測(cè)器內(nèi)，再經(jīng)過(guò)電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生一個(gè)與反映量成比例的電信號(hào)，可檢測(cè)主要故障特征氣體的復(fù)合濃度—?dú)錃猓℉2）、一氧化碳（CO）、乙炔（C2H2）和乙烯（C2H4），反應(yīng)出變壓器內(nèi)部油的變化趨勢(shì)。它所需輔助設(shè)備少，因此日常的維護(hù)工作較少。但由于它是一種復(fù)合氣體，要經(jīng)進(jìn)系數(shù)（滲透膜的滲透系數(shù)）的轉(zhuǎn)換，才能算出各種氣體的具體數(shù)值，因此它與實(shí)驗(yàn)室離線色譜數(shù)據(jù)有一定的差距。同時(shí)，它要求滲透膜的技術(shù)含量很高，一要滲透性強(qiáng)，要求傳遞過(guò)來(lái)的氣體能充分反應(yīng)變壓器油中氣體的含量。二是要求隔離性強(qiáng)，保證變壓器的油不會(huì)因此泄漏、污染。該設(shè)備目前出現(xiàn)的問(wèn)題是：穩(wěn)定性較差，故障類型的多樣性，有傳感器損壞，誤報(bào)警、通訊故障等，2010年中能公司的在線監(jiān)測(cè)裝置共發(fā)生誤報(bào)警、故障3臺(tái)次，故障率為20%。主要為500 kV橫瀝站出現(xiàn)通訊故障，調(diào)整通訊裝置后恢復(fù)正常，還有一宗為傳感器滲透膜損壞需更換，另一宗為設(shè)備數(shù)據(jù)處理模塊I/O損壞。

③深圳奧特迅?jìng)鞲屑夹g(shù)有限公司生產(chǎn)的TransPro KG2100A、2100B、KG3100A型油中氣體在線監(jiān)測(cè)裝置。

它也是采用透氣膜分離法，利用氣體滲透膜透氣性和氣體在燃料電池電極上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，再把化學(xué)信號(hào)變換為電信號(hào)。在安裝使用前期，也出現(xiàn)設(shè)備升級(jí)，元件損壞情況，到后來(lái)逐漸穩(wěn)定。在2010年內(nèi)未出現(xiàn)故障情況。其缺點(diǎn)是，該設(shè)備的測(cè)量數(shù)據(jù)也為復(fù)合濃度，未能達(dá)到試驗(yàn)數(shù)據(jù)直觀的目的。故障分析能力一般，對(duì)故障類型無(wú)法直接判斷。

④實(shí)例應(yīng)用，主要通過(guò)以下實(shí)例應(yīng)用前的問(wèn)題以及應(yīng)用的效果加以說(shuō)明。

其一，220 kV立新變電站#2主變?yōu)閵W地利VA TECH伊林電氣公司生產(chǎn)，2000年4月投入運(yùn)行，該主變自投運(yùn)以來(lái)運(yùn)行狀況良好，在油色譜分析中未見異常。在2007年10月9日，實(shí)驗(yàn)室油色譜分析發(fā)現(xiàn)總烴含量增速加快，含量達(dá)到94.85μL/L。于是加強(qiáng)對(duì)＃2主變的運(yùn)行監(jiān)控，縮短了試驗(yàn)周期，由原來(lái)的每半年一次預(yù)試，改為每月跟蹤試驗(yàn)。在2008年4月，在#2主變安裝了河南中分3000色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。經(jīng)對(duì)比，兩者數(shù)據(jù)基本一致。這時(shí)，為了更好地實(shí)時(shí)掌握油色譜試驗(yàn)情況，我們采用在線監(jiān)測(cè)裝置代替離線油色譜跟蹤試驗(yàn)。到2009年6月22日，我們從在線監(jiān)測(cè)裝置看到，總烴含量突增為238μL/L；到6月26日，短短的四天時(shí)間，總烴又增到301μL/L。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)多方面調(diào)查，我們初步考慮為變壓器過(guò)熱性故障，建議變電站降低負(fù)荷一半，并隨時(shí)留意數(shù)據(jù)變化。同時(shí)，將＃2變油在線監(jiān)測(cè)裝置試驗(yàn)周期改為每日三次。由于故障分析準(zhǔn)確，采取地措施得當(dāng)，在迎峰度夏期間，#2主變油色譜總烴數(shù)值穩(wěn)定在300μL/L左右。2010年1月，為避免220 kV立新站#2主變潛在的安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，我們將#2主變更換并返廠吊心檢查，發(fā)現(xiàn)：＃2主變變高A、B相出線處的導(dǎo)線沒(méi)有接直，形成彎曲搭接現(xiàn)象，導(dǎo)致彎曲搭接部分形成了分流，而搭接部分又嚴(yán)重接觸不好，長(zhǎng)期發(fā)熱，導(dǎo)致出線斷股現(xiàn)象。所以在變壓器負(fù)荷增大時(shí)，過(guò)熱性故障更明顯。實(shí)踐表明，變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)的數(shù)據(jù)是可靠的，由此進(jìn)行的故障性質(zhì)及故障發(fā)展趨勢(shì)的判斷是準(zhǔn)確、及時(shí)的。

其二，500 kV東莞站#1主變A相在2006年5月第一次在實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)出含有微量乙炔0.2μL/L，后加裝中能電力科技開發(fā)有限公司生產(chǎn)的Hydran201i型變壓器油中氣體在線監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，以減少離線油色譜跟蹤試驗(yàn)次數(shù)，現(xiàn)數(shù)據(jù)趨于平穩(wěn)。

其三，目前，我局在所有500 kV變電站加裝油在線監(jiān)測(cè)裝置。在2010年我局生技部明確，對(duì)已安裝油在線監(jiān)測(cè)裝置的變壓器，且在在線監(jiān)測(cè)裝置正常的情況下，可取消迎峰度夏期間，對(duì)500 kV主變每月取油樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室分析的預(yù)試計(jì)劃，按正常油預(yù)試周期（每三個(gè)月一次）進(jìn)行。這極大地減輕了我們?cè)囼?yàn)人員工作量。

3油在線監(jiān)測(cè)裝置的發(fā)展前景

在當(dāng)今“以人為本”的社會(huì)中，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)是未來(lái)發(fā)展的方向。變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)技術(shù)彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)室對(duì)絕緣油進(jìn)行定期取樣和分析的不足，它可以對(duì)設(shè)備實(shí)現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測(cè)，其檢驗(yàn)周期可以達(dá)到數(shù)分鐘一次，利于發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部早期故障的發(fā)生和演變過(guò)程，讓潛伏性故障無(wú)所遁形。這樣，既可以減少人工測(cè)量所需的工作量，又可減少故障漏報(bào)的風(fēng)險(xiǎn)和損失。目前在線監(jiān)測(cè)技術(shù)雖然與實(shí)驗(yàn)室油中溶解氣體分析技術(shù)相比仍有一些差距，設(shè)備缺陷故障維護(hù)方面動(dòng)用的人力較多，但我們相信，在不久的將來(lái)，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的不斷成熟，它將取代人工定期取樣化驗(yàn)分析，逐漸實(shí)現(xiàn)以在線監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ)的狀態(tài)檢修，大大降低人力、物力。

參考文獻(xiàn)：

[1] DL/T 722-2000,變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則[S].