王曉東　夏志鵬

摘 要：變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測是目前廣泛研究的課題，其是基于傳統(tǒng)的試驗室氣相色譜分析法發(fā)展起來的，在目前的應用過程中還存在的一些問題，文章結合實際工作經(jīng)驗，在分析這些文章的基礎上，提出變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測發(fā)展策略，具有一定的參考價值。

關鍵詞：變壓器；油中溶解氣體；在線監(jiān)測

中圖分類號：TM407 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）17-0097-02

變壓器作為電力系統(tǒng)中的重要組成部分，其安全性、穩(wěn)定性和可靠運行直接對電力系統(tǒng)正常運行產(chǎn)生重要影響。目前，大型變壓器基本上以高壓油浸式變壓器為主，此類變壓器的主要絕緣介質為絕緣油，當然絕緣性能就直接與絕緣油的指標系數(shù)相關聯(lián)，直接影響著變壓器的安全運行。另外，絕緣油中含有固體有機絕緣材料，隨著變壓器的長期運行，不可避免會變質老化分解出少量的CO、CO2等氣體，這類氣體存在于變壓器內部會導致變壓器局部過熱、局部放電以及電弧放電等故障的產(chǎn)生，并且氣體的數(shù)量會不斷增加，會對變壓器產(chǎn)生更嚴重的破壞，同時，擴散過程中溶解于油中。因此，通過對油中溶解氣體的監(jiān)測，分析出氣體成分、含量及產(chǎn)氣速率，從而有效判斷出變壓器的絕緣狀況，如劣化程度、故障種類等，這就使得油中溶解氣體測定成為了近年來不斷重視和廣泛研究的課題，也成為了目前保證變壓器可靠、安全、經(jīng)濟、高效運行的關鍵舉措。自20世紀60年代以來，變壓器油中溶解氣體測定方法一直以氣相色譜分析法為主，發(fā)展至今，已有傳統(tǒng)的試驗室氣相色譜分析轉變?yōu)榛诂F(xiàn)場的在線色譜監(jiān)測，并且在線監(jiān)測已逐步成為試驗室色譜試驗的有力補充，但從目前該方法發(fā)展現(xiàn)狀來看，還存在諸多的問題，有待進一步完善，這正是本文所研究的重點。

1 變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測存在的問題

歸納而言，目前變壓器油中溶解氣體線監(jiān)測存在的問題主要來自于氣相色譜法以及在線監(jiān)測本身。

1.1 氣相色譜法存在的問題

早在規(guī)范GB/T 17623-1998中已經(jīng)明確了氣相色譜法作為油中溶解氣體測定中的主要方法，通過筆者的長期工作經(jīng)驗的總結以及諸多試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，運用氣相色譜法進行試驗，雖然能夠有效的對變壓器進行日常監(jiān)督和故障判斷，但基于在線監(jiān)測而言，還存在一些問題，主要表現(xiàn)在以下兩個方面。

①在線性不強。由于氣相色譜法主要是基于實驗室而開發(fā)的，從取樣到試驗得出結果一般要經(jīng)歷一段時間，得到的數(shù)據(jù)也成為了一種歷史數(shù)據(jù)，因為變壓器的運行狀態(tài)和運行環(huán)境時刻都在發(fā)生變化。此外，在各環(huán)節(jié)中樣品也存在著諸多的不穩(wěn)定性，勢必影響樣品的代表性。特別是對于突發(fā)性故障，色譜實驗法很難及時撲捉到故障發(fā)生的即時數(shù)據(jù)。因此氣相色譜法整個過程還處于非在線狀態(tài)。

②誤差較多。不同的氣相色譜實驗室在設備方面存在檢測器響應值、操作溫度、流速等差異，再加上試驗人員技術水平的參差不齊，必然會引起定量分析中的系統(tǒng)誤差，一般用偏差來衡量，規(guī)范中規(guī)定實驗室間的偏差不大于30%，這個數(shù)值使得實驗室間數(shù)據(jù)相互借鑒的價值不高，也就很難用其它實驗室的數(shù)據(jù)來檢驗自身的誤差了。同時，儀器狀況的波動和環(huán)境的變化也會帶來隨機誤差，從而影響測定結果。

1.2 在線監(jiān)測存在的問題

目前，在線監(jiān)測系統(tǒng)已在各500 kV變電站得到推廣和應用，從總體使用情況來看，在線監(jiān)測系統(tǒng)與傳統(tǒng)實驗室法相比，具有和變壓器運行同步性的優(yōu)勢，排除取樣及運輸?shù)母蓴_，其趨勢基本和離線數(shù)據(jù)一致，在一定程度上可以作為一種判斷設備狀態(tài)的補充手段，但仍存在較多問題。

①管理問題。首先，油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置管理及檢驗檢測標準體系尚未建立，在線設備也存在狀態(tài)參差不齊的狀態(tài)。在筆者最近一次幾個變電站的調查中，在線設備正常運行率僅有65%，且在線設備的運行維護并未納入生產(chǎn)體系管理之中，數(shù)據(jù)采集和整理工作仍處于計劃工作之外。其次，在線監(jiān)測技術總體覆蓋率較低，500 kV主變油中溶解氣體在線監(jiān)測設備覆蓋率僅20%，相對于變電站主變數(shù)量來說太少，無法形成有效的監(jiān)督規(guī)模。再次，現(xiàn)在使用的油中溶解氣體在線監(jiān)測設備一般都具有報警功能，但這種報警一般傳送到變電站后臺終端，由運行人員接收，再傳達給檢修人員處理，整個過程時間較長，而且報警信息缺乏一定的準確性和針對性。最后，變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置差異較大，導致了測試結果存在較大差異。沒有建立一個客觀公正的評價平臺，實現(xiàn)對在線監(jiān)測裝置的校驗和審查。

②技術問題。首先，通過對變壓器油中溶解氣體的監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，新投500 kV設備的C2H6、C2H4、C2H2的含量一般為痕量，甚至為0。由于含量偏低，所以對于測量儀器的測量靈敏度要求高，現(xiàn)有氣相色譜檢測方法的檢測靈敏度可以滿足要求，能夠測出痕量氣體組分，但在線監(jiān)測裝置對痕量C2H2組分檢測效果比較差，其檢測范圍一般為0.5 uL/L，對于過小的含量只能測定為0。其次，油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置需要使用高純氮氣作為載氣氣源，且一般使用的是氣瓶氣體，需要受到鋼瓶中的氮氣量的限制。一旦鋼瓶中的高純氮氣用完或壓力不足就無法進行檢測，難以滿足連續(xù)監(jiān)測變壓器狀況的要求。最后，數(shù)據(jù)僅僅停留在基礎層面。目前色譜在線監(jiān)測裝置的數(shù)據(jù)分析處理軟件系統(tǒng)，一般只提供數(shù)據(jù)的查詢、注意值判斷以及二比值等基本分析功能，無法和試驗室離線數(shù)據(jù)聯(lián)合判斷，缺乏對數(shù)據(jù)的橫、縱對比，不符合相關規(guī)范關于對數(shù)據(jù)進行深層分析，從而發(fā)現(xiàn)設備潛在缺陷的要求。

2 變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測存問題解決策略

變壓器油中溶解氣體測定中，在線監(jiān)測裝置無疑是彌補氣相色譜法非在線性的最佳選擇，二者的有機結合既可以規(guī)避氣相色譜法在突發(fā)性故障監(jiān)測方面的弱點，又可以彌補在線數(shù)據(jù)可比性不高的缺陷，可以通過在線監(jiān)測及時掌握設備最新數(shù)據(jù)走向，在數(shù)據(jù)超出設定時及時預警，為進一步安排實驗室色譜分析提供參考。同時，一旦發(fā)現(xiàn)存在潛伏性故障，還可以在進行實驗室色譜跟蹤的同時，通過在線監(jiān)測裝置密切監(jiān)視故障發(fā)展速度，彌補氣相色譜在故障發(fā)展監(jiān)測上的不足。

2.1 提高氣相色譜實驗室分析法的準確性

實驗室方法作為數(shù)據(jù)收集的基礎方法，也是故障判斷的仲裁方法，其數(shù)據(jù)準確性有著重要的影響，因而要盡可能降低氣相色譜法的誤差，使其達到作為基準數(shù)據(jù)應具有水平，誤差主要分為系統(tǒng)誤差和隨機誤差兩種，系統(tǒng)誤差主要通過以下措施來減小。

①對氣相色譜儀進行定期校正，分別進行基線、單組分和多組分色譜峰的檢查，確定儀器的精度和準確性，以消除儀器自身帶來的系統(tǒng)誤差。

②通過比對選擇，使用高純載氣和統(tǒng)一配置的標準氣體，從而保障了氣源的合格性，消除了氣源帶來的誤差。

③采用帶有進樣標卡的注射器進樣，保證進樣量的準確性和重復性。在標準氣體進樣之前，放掉標氣氣瓶的死體積，進完標定樣品，用載氣充分沖洗注射器，以空白試樣檢測標氣組分確無殘留，即不會出現(xiàn)組分色譜峰。轉移氣體時使用雙針頭，并保證存放氣體的注射器無樣品殘留。

以上做法可以排除操作引入的系統(tǒng)誤差，隨機誤差是不可測也不避免的，它是隨機變動的因素帶來的誤差。但是由于隨機誤差的正負具有對稱性，所以在氣相色譜分析中，可以先后測定三針標準氣體，通過濃度得出相應校正因子，并計算其算術平均數(shù)，用來校正試驗中樣品的數(shù)據(jù)。這樣可以使校正因子近似于真實值，最大限度的減少偶然因素對測定結果的影響。

2.2 建立變壓器油中溶解氣體管理平臺

油中溶解氣體分析采用的不同方式，最終根結于數(shù)據(jù)的匯集和整合，分散的數(shù)據(jù)狀態(tài)無法適應狀態(tài)檢修數(shù)據(jù)收集的需要，也不利于實現(xiàn)狀態(tài)分析的最終目，因此必須建立一個變壓器油中溶解氣體管理平臺。色譜試驗數(shù)據(jù)和在線試驗數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)接收器匯集到監(jiān)督管理平臺的數(shù)據(jù)庫內，進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，方便使用計算機專家輔助判斷系統(tǒng)，對數(shù)據(jù)進行分析判斷。建立監(jiān)督管理平臺經(jīng)行數(shù)據(jù)分析的另一個目的是確認設備狀態(tài)，從而推行不同的檢修方法。對于實驗室色譜試驗結果評級在I級的設備可以釆用延長實驗室色譜試驗間隔，觀察在線數(shù)據(jù)變化的檢修安排方式。II級的設備仍要采用一個月一次的實驗室色譜試驗周期，并通過在線數(shù)據(jù)進行跟蹤監(jiān)督。III和IV級設備則需要縮短實驗室色譜試驗間隔，密切跟蹤故障進程。

2.3 提高對痕量烴類組分旳檢測靈敏度

通過筆者日常工作中對變壓器油中溶解氣體的監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，500 kV設備正常運行下的C2H2含量一般為0 uL/L，少數(shù)設備含量為痕量；35 kV變壓器C2H2含量也在luL/L左右。由于C2H2含量偏低，所以對測量儀器測量靈敏度提出較高要求，現(xiàn)有氣相色譜檢測方法的靈敏度基本可以滿足要求，但在線監(jiān)測裝置對痕量C2H2分組分檢測效果且比較差。

影響油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置檢測靈敏度的因素很多，其中最主要的因素為檢測器的檢測靈敏度，目前氣體組分檢測的傳感器主要包括熱導式傳感器、氫焰檢測器、半導體傳感器等，這幾種傳感器在性能方面都存在著諸多問題，氫焰檢測器可檢測氣體種類少，載氣單一；熱導式傳感器靈敏度低，以進口高純氦作載氣，在試驗室條件下也只能檢測出5 uL/L以上的C2H2；半導體氣敏傳感器雖然適應測量低濃度氣體組分，但反應輸出非線性，響應速度慢，易出現(xiàn)拖尾現(xiàn)象。目前新型的納米晶半導體傳感器基本可解決以上問題，以提高靈敏度。

由于變壓器油脫氣后，各氣體組分在氣室中的濃度是油中濃度的17倍之多，而乙炔在氣室中的濃度則為油中濃度的90%。因此，不能單一使用放大倍數(shù)來對待氣體組分，不然當乙炔檢測分辨率達到要求時，氫氣峰可能已經(jīng)飽和了，對于這種問題可以采用復合增益控制技術加以解決，以保證低濃度烴類的檢測靈敏度。

除此之外，靈敏度還受檢測系統(tǒng)的基線噪聲、基線漂移、油氣平衡、載氣純度等因素的影響，這些因素也需要加以關注。

3 結 語

通過文章的分析可以看出，變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測中，要想真正發(fā)揮在線監(jiān)測的優(yōu)勢，數(shù)據(jù)的準確性是未來研究過程中迫切需要解決的問題，隨著半導體技術、氣敏傳感技術以及計算機技術的發(fā)展，相信在線監(jiān)測技術的應用會不斷成熟，更加廣泛。

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