基于十通閥技術的“一拖二”色譜在線監(jiān)測技術研究與實踐

傅振宇，張立穎,陳麗娟，郭賑夏，賈 悅

(1.國網(wǎng)朝陽供電公司，遼寧 朝陽 122000；

基于十通閥技術的“一拖二”色譜在線監(jiān)測技術研究與實踐

傅振宇1，張立穎2,陳麗娟1，郭賑夏1，賈 悅1

(1.國網(wǎng)朝陽供電公司，遼寧 朝陽 122000；

2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006)

基于在線監(jiān)測系統(tǒng)在何家220 kV智能變電站應用情況，重點研究和探索利用十通閥技術實現(xiàn)“一拖二”色譜在線監(jiān)測技術的可行性與實效性。十通閥技術解決了2臺主變混油問題，從而實現(xiàn)了“一拖二”的功能，并且國內(nèi)首次依托于工程應用到實際，討論其實施方案并記錄運行數(shù)據(jù)可為日后廣泛推廣和深入研究積累了寶貴的現(xiàn)場經(jīng)驗。

智能變電站；在線監(jiān)測；狀態(tài)檢修；油色譜分析；一拖二

1 概述

1.1一次設備在線監(jiān)測

隨著傳感與測量技術的飛速發(fā)展，有選擇地對一次設備進行在線監(jiān)測，實時監(jiān)測高壓設備的各種信息及數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)設備的潛在安全隱患或異常運行狀態(tài)[1]。對異常部位、嚴重程度和發(fā)展趨勢做出判斷，根據(jù)分析診斷結果提前進行檢修，從而降低運維成本，提高電網(wǎng)運行可靠性，對智能變電站安全穩(wěn)定運行意義重大[2]。

1.2色譜在線監(jiān)測

變壓器油的主要作用是絕緣和循環(huán)冷卻。變壓器運行異常例如存在輕微放電現(xiàn)象時，變壓器油會因此發(fā)生化學反應產(chǎn)生溶解氣體[3]，通過對其定期進行色譜分析，可以第一時間發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部的潛在故障或絕緣老化程度，實現(xiàn)色譜在線監(jiān)測[4]。

目前，色譜在線監(jiān)測技術普遍采用“一對一”模式，即1臺色譜在線監(jiān)測裝置監(jiān)測1臺主變?！耙煌隙鄙V在線監(jiān)測技術是指2臺主變共用1臺色譜在線監(jiān)測裝置，這既是一種技術上的提高，同時也節(jié)約了投資成本，目前該技術尚處于研究試點階段。

1.3色譜在線監(jiān)測技術在朝陽電網(wǎng)應用情況

到2017年2月為止劃歸朝陽供電公司管轄的220 kV一次變電站共有14座，分別是龍城變、柳城變、喀左變、發(fā)達變、北票變、建平變、凌源變、海豐變、奎德素變、柏山變、馬山變、何家變、保國變、榆州變，全部安裝了變壓器色譜在線監(jiān)測裝置。何家220 kV變電站是全智能化變電站，并且國內(nèi)首次依托于工程將基于十通閥技術的“一拖二”色譜在線監(jiān)測技術應用到實際，設備采用南京理工監(jiān)測科技股份有限公司的MGA2000型變壓器色譜在線監(jiān)測裝置。

2 “一拖二”色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)設計方案

2.1系統(tǒng)構成

系統(tǒng)主要由油樣采集單元、油氣分離單元、色譜分離單元、氣體檢測單元、數(shù)據(jù)采集控制單元和PID溫度控制器單元及附件等7部分組成[5]，如圖1所示。

圖1 色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)組成

2.2功能分析

a. 油樣采集單元采用變壓器油循環(huán)采集方式。

b. 色譜分離單元主要完成氣體的定量采集和氣體分離，在載氣的作用下采集氣體通過色譜柱順序分離出H2、CO、CH4、CO2、C2H4、C2H2、C2H6等氣體送入氣體檢測器。

c. 氣體檢測單元采用半導體氣體檢測器，在恒溫狀態(tài)下完成各種組分氣體的檢測和信號輸出。

d. 數(shù)據(jù)處理單元完成各種組分氣體數(shù)據(jù)的采集、存儲，并完成與上位機或遠程監(jiān)控中心的通信。

e. PID溫度控制器單元主要完成脫氣室、柱箱和氣體檢測器的恒溫控制。

2.3設計方案

2.3.1 單向排油的一拖二油氣分離裝置

裝置如圖2所示，二路油樣共用1套油氣分離裝置。為防止油管切換時混油現(xiàn)象，脫氣完成的油樣不回至原變壓器，而是排入廢油箱。本裝置2臺變壓器循環(huán)監(jiān)測的最小監(jiān)測周期約為3 h。

圖2 單向排油的一拖二油氣分離裝置原理圖

存在問題如下。

a. 一路油路殘油體積過大，監(jiān)測數(shù)據(jù)嚴重滯后。假如裝置安裝在變壓器A附近，變壓器B與裝置距離為30 m，其油管內(nèi)殘油體積約為1 L，而裝置實現(xiàn)油氣分離1次油樣體積為100 mL，所以僅排盡管內(nèi)殘油就需測試10次，對變壓器B而言，監(jiān)測數(shù)據(jù)存在至少10次的滯后。

b. 需定期人工清理廢油箱內(nèi)殘油。裝置每次油氣分離的油樣排入廢油箱，廢油箱體積約為20 L，裝置采樣200次后需定期清理廢油箱內(nèi)殘油。

c. 變壓器需補油。由于定期排放變壓器油樣，長期以往需向變壓器內(nèi)補油。

2.3.2 循環(huán)取油的一拖二油氣分離裝置

循環(huán)取油的一拖二油氣分離裝置，2臺變壓器分別存在一路油氣分離裝置，定量管1與定量管2通過特制十通閥進樣裝置切換進入色譜柱，進行氣體分離及檢測。本裝置2臺變壓器循環(huán)監(jiān)測的最小監(jiān)測周期為3 h。切換流程如下。

a. 初始A狀態(tài)。油氣分離1、油氣分離2同時進行油氣分離(圖3中實線流路)，油氣分離2與定量管2實現(xiàn)氣體置換(圖3中虛線流路)。

圖3 十通閥A狀態(tài)

b. 切換成B狀態(tài)。十通閥切換成B狀態(tài)時，定量管2進樣檢測(圖4實線流路)，定量管1與油氣分離1實現(xiàn)氣體置換(圖4虛線流路)。15 min后，定量管2回路檢測結束。

圖4 十通閥B狀態(tài)

c. 切換回A狀態(tài)。再次將十通閥切換成A狀態(tài)，定量管1回路實現(xiàn)氣體檢測，15 min后，定量管1回路檢測結束。

2.4應用效果

方案2利用靈活的十通閥技術解決了方案1存在的諸多問題，且不存在2臺變壓器油路混油問題，因此何家220 kV變電站采用方案2實現(xiàn)一拖二油色譜在線監(jiān)測。

該色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)功能可大體分為在線檢測油中溶解氣體含量和數(shù)據(jù)分析診斷兩大部分。能自動實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、定性定量計算、三比值分析、相對產(chǎn)氣速率和絕對產(chǎn)氣速率計算、趨勢圖分析、原始譜圖、原始數(shù)據(jù)查詢、故障診斷及遠程監(jiān)測與遠程維護等功能。

以分析處理后的譜圖和氣體組分圖為例說明系統(tǒng)分析效果，如圖5、圖6所示。從譜圖和氣體組

分圖可以看出“一拖二”色譜在線監(jiān)測與常規(guī)色譜在線監(jiān)測分析效果基本一致。

圖5 分析處理后的譜圖

圖6 氣體組分圖

3 實測數(shù)據(jù)分析

3.1在線監(jiān)測數(shù)據(jù)與離線數(shù)據(jù)

何家220 kV變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)正式投運后，對其運行主變進行常規(guī)取油樣離線色譜分析，并與在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)控后臺主機歷史數(shù)據(jù)進行比較，同時加強對裝置運行狀態(tài)的巡視。截至2016年10月，以2號主變記錄數(shù)據(jù)為例，如表1、表2所示。

表1 在線分析數(shù)據(jù)(氣體組分歷史數(shù)據(jù)濃度報表)

表2 離線分析數(shù)據(jù)(氣體組分色譜分析數(shù)據(jù))

3.2誤差分析

從表1、表2中可以看出，除H2、C2H4外其他成分在線值、離線數(shù)值較為接近。其中2號主變H2成分在線值、離線值9個數(shù)據(jù)平均值的差值為26.152-24.866=1.286 μL/L，存在一定誤差，相對誤差5.172%<10%。C2H4成分在線值、離線值9個數(shù)據(jù)平均值的差值為9.497-8.847=0.650 μL/L，誤差偏差較大，相對誤差7.347%<10%。

在線監(jiān)測數(shù)據(jù)與離線數(shù)據(jù)存在一定誤差，但相對誤差均小于10%，說明裝置本身還有技術提升空間，一拖二色譜在線監(jiān)測功能已經(jīng)成功實現(xiàn)。

4 結束語

通過分析何家220 kV變電站主變油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)實測數(shù)據(jù)，雖然沒有離線測量結果那樣精確，但是同樣驗證了該系統(tǒng)工程應用的可靠性，滿足色譜在線基本要求。變壓器油色譜在線監(jiān)測是變壓器由周期性檢修走向狀態(tài)檢修的重要一步[5]。實現(xiàn)色譜在線監(jiān)測，可以第一時間發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部的潛在故障或絕緣老化程度。利用十通閥技術實現(xiàn)“一拖二”色譜在線監(jiān)測既是技術上的一次提高，同時也節(jié)約了投資成本，通過記錄現(xiàn)場數(shù)據(jù)分析證明了其可行性及可靠性。但是該系統(tǒng)依然存在原色譜在線監(jiān)測的一些缺點，需要對該系統(tǒng)進一步開發(fā)與實踐，不斷地積累運維經(jīng)驗，保證變壓器安全穩(wěn)定運行。

[1] 國家電網(wǎng)公司.智能變電站建設技術[M].北京：中國電力出版社，2012.

[2] 劉振亞.智能電網(wǎng)技術[M].北京：中國電力出版社，2011.

[3] 徐康健，孟玉嬋.變壓器油中溶解氣體的色譜分析實用技術[M].北京：中國質檢出版社，2012.

[4] 陳天翔，王寅仲，海世杰.電氣試驗[M].第2版.北京：中國電力出版社，2010.

[5] 高 波，劉振勇，馬志煥.變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)應用中存在的問題[J]. 中國高新技術企業(yè)，2012，18(7)：63-65.

Research and Practice of On-line Monitoring Technology of “One-drag Two” Chromatography Based on Ten-way Valve Technology

FU Zhenyu1，ZHANG Liying2,CHEN Lijuan1,GUO Zhenxia1,JIA Yue1

(1. State Grid Chaoyang Power Supply Company，Chaoyang,Liaoning 122000，China； 2.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China)

Based on the application of on-line monitoring system in the 220 kV intelligent substation, this paper focuses on the feasibility and effectiveness of using the ten-way valve technology to realize the “one-drag two” chromatographic on-line monitoring technology.Ten-way valve technology solves the two main transformer oil problem in order to achieve a drag two functions.The first time relying on the application of the project to the actual, it discusses its implementation plan and records the operation of the data for the future.It promotes and studies in-depth accumulated valuable on-site experience.

intelligent substation;on-line monitoring;state maintenance;oil chromatography analysis;one drag two

TM76

A

1004-7913(2017)09-0023-04

傅振宇(1983)，男，碩士，主要從事繼電保護工作。

2017-07-05)