超高壓輸電公司油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置綜合情況分析

高帆，廖建平，陳宇飛

（中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司檢修試驗(yàn)中心，廣東廣州，510663）

0 引言

油中溶解氣體濃度分析（DGA）是判斷變壓器內(nèi)部故障最為有效的方法之一[1-2]，但實(shí)驗(yàn)室色譜檢測(cè)存在檢測(cè)周期長、難以連續(xù)監(jiān)測(cè)的局限性，往往無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)兩次定期取樣周期間突發(fā)或積累性故障，而油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置可對(duì)變壓器油中特征氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部存在的潛伏性故障，隨時(shí)掌握設(shè)備的運(yùn)行狀況，判斷設(shè)備是否運(yùn)行正常[3]。因此，現(xiàn)如今油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置的應(yīng)用廣泛，220kV以上電壓等級(jí)的變壓器都普遍安裝了油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置。

1 油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置應(yīng)用情況

截止至2020年11月，超高壓輸電公司已安裝的油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置713臺(tái)，遍布廣東、廣西、云南、貴州、海南5個(gè)省，涉及13個(gè)廠家，各廠家技術(shù)原理均有差別，油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置的關(guān)鍵技術(shù)以及各廠家間的差異主要為油氣分離技術(shù)和氣體檢測(cè)技術(shù)[4]。目前，油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置油氣分離的常用方法主要有薄膜/毛細(xì)管滲透法、頂空分離法、真空脫氣法等，氣體檢測(cè)技術(shù)常用方法主要有電化學(xué)傳感器檢測(cè)技術(shù)、微型熱導(dǎo)檢測(cè)技術(shù)等[5]。

2 油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置比對(duì)方法及評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

為掌握油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置的運(yùn)行狀況，配置不同濃度的油樣，對(duì)該類裝置與實(shí)驗(yàn)室離線色譜數(shù)據(jù)[6]進(jìn)行比對(duì)測(cè)試。比對(duì)測(cè)試的項(xiàng)目包括測(cè)量誤差、測(cè)量重復(fù)性以及最小檢測(cè)周期。其中誤差試驗(yàn)、測(cè)量重復(fù)性試驗(yàn)由試驗(yàn)人員現(xiàn)場(chǎng)配置不同濃度的油樣開展測(cè)試。

本次共抽選10個(gè)廠家12種不同型號(hào)106臺(tái)在線監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行測(cè)試，基本涵蓋目前國內(nèi)油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置的所有主要供應(yīng)商，各廠家裝置按實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行部分抽選。同一廠家優(yōu)先抽選不同型號(hào)進(jìn)行測(cè)試，同一型號(hào)優(yōu)先抽選不同生產(chǎn)批次進(jìn)行測(cè)試。按照以上的抽選原則選取測(cè)試裝置，具有一定的科學(xué)性和代表性。

根據(jù)DL/T 1498.2-2016《變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)裝置技術(shù)規(guī)范 第2部分：變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置》[7]標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置誤差性及重復(fù)性要求，此次測(cè)試誤差性要求需滿足C級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)量重復(fù)性小于5%。最小檢測(cè)周期按照油氣分離方式的不同來區(qū)分評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于真空脫氣方式，最小檢測(cè)周期應(yīng)不大于4小時(shí)，對(duì)于薄膜/毛細(xì)管滲透方式，最小檢測(cè)周期應(yīng)不大于8小時(shí)。

3 測(cè)試結(jié)果及評(píng)價(jià)

3.1 不同濃度測(cè)量誤差性測(cè)試

配置低、中兩種不同濃度油樣，以實(shí)驗(yàn)室氣相色譜儀（或便攜式氣相色譜儀）測(cè)量結(jié)果為基準(zhǔn)值，采用在線監(jiān)測(cè)裝置測(cè)量數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)室氣相色譜儀測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)比分析。計(jì)算相對(duì)測(cè)量誤差值和絕對(duì)誤差值，對(duì)照C級(jí)標(biāo)準(zhǔn)分析誤差值是否滿足要求。按照滿足要求的比例，各廠家的誤差測(cè)試情況如圖1所示。

圖1 裝置誤差測(cè)試結(jié)果

從圖1可以看出，在低，中不同濃度油樣的比對(duì)測(cè)試下，裝置型號(hào)是B、E、K、I測(cè)量誤差性結(jié)果較好，裝置型號(hào)是A、L測(cè)量誤差性結(jié)果較差。

3.2 測(cè)量重復(fù)性測(cè)試

針對(duì)同一油樣，連續(xù)進(jìn)行6次在線監(jiān)測(cè)裝置油中溶解氣體成分分析，比較6次測(cè)量結(jié)果，計(jì)算各組分及總烴的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差值≤5%時(shí)，滿足要求，按照滿足要求的比例，各廠家的重復(fù)性測(cè)試達(dá)標(biāo)率從13%～100%，具體情況如下：裝置型號(hào)為K的測(cè)量重復(fù)性結(jié)果最好，達(dá)標(biāo)率達(dá)100%，而裝置型號(hào)為L的測(cè)量重復(fù)性結(jié)果最差，達(dá)標(biāo)率僅為13%。

3.3 最小檢測(cè)周期

在線監(jiān)測(cè)裝置連續(xù)工作方式下設(shè)置裝置參數(shù)應(yīng)與“測(cè)量誤差試驗(yàn)”和“測(cè)量重復(fù)性試驗(yàn)”一致，在這個(gè)情況下，裝置開始工作，記錄儀器從本次檢測(cè)進(jìn)樣到下次檢測(cè)進(jìn)樣所需時(shí)間，記錄3次試驗(yàn)時(shí)間，計(jì)算平均值，作為最小檢測(cè)周期。

4 在線監(jiān)測(cè)裝置存在的問題及建議

從此次測(cè)試結(jié)果來看，油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置普遍存在測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度差、數(shù)據(jù)波動(dòng)大的問題，主要原因分析如下：

（1）裝置軟硬件質(zhì)量問題突出。受早期技術(shù)缺陷影響，部分裝置采用的膜脫氣、電化學(xué)傳感器、半導(dǎo)體傳感器等存在嚴(yán)重技術(shù)缺陷，且裝置無免維護(hù)設(shè)計(jì)功能。膜脫氣技術(shù)，長期使用膜孔堵塞，脫氣率將顯著下降，需定期進(jìn)行更換。而電化學(xué)傳感器，存在壽命短、線性范圍窄、溫漂及零漂嚴(yán)重等問題，需加強(qiáng)管控，及時(shí)對(duì)裝置進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)。

（2）裝置標(biāo)定不規(guī)范。油中溶解氣體檢測(cè)裝置屬于化學(xué)檢測(cè)裝置，其測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性與標(biāo)定有直接關(guān)系，如果在裝置標(biāo)定方面考慮不周全，缺少標(biāo)定功能或標(biāo)定不規(guī)范，會(huì)導(dǎo)致測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性低。而且使用標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)行裝置標(biāo)定時(shí)只能對(duì)檢測(cè)器的輸出信號(hào)值進(jìn)行修正，而無法考核脫氣部分及分離部分的性能，效果并不理想，如需對(duì)裝置進(jìn)行全面的檢測(cè)，則需借助標(biāo)準(zhǔn)油樣，對(duì)在線監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行脫氣、分離及檢測(cè)，綜合考核。在新裝置購置后，裝置普遍由一次設(shè)備廠家采購供貨，部分廠家為節(jié)省成本，裝置在投運(yùn)前未進(jìn)行任何形式的標(biāo)定，無法準(zhǔn)確定量，導(dǎo)致裝置投運(yùn)后問題頻出。因此，為了準(zhǔn)確定量，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，建議在裝置投運(yùn)前對(duì)裝置進(jìn)行標(biāo)定。

（3）運(yùn)行環(huán)境的影響。裝置通常安裝在變壓器附近，且長期帶電運(yùn)行，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行溫濕度、電磁環(huán)境等條件非常惡劣，高溫可能引起元器件或線纜的老化、熱分解、龜裂，電磁閥密封膠的變硬變脆甚至脫落等現(xiàn)象發(fā)生。而濕度是造成監(jiān)測(cè)裝置金屬材料腐蝕的最普遍的因素。特別是高溫高濕條件，可能造成金屬材料極為嚴(yán)重的腐蝕的現(xiàn)象。各品牌廠家出于成本或者技術(shù)因素，大多未能設(shè)計(jì)內(nèi)置空調(diào)系統(tǒng)，或僅在脫氣及檢測(cè)器等部位安裝控溫裝置。為解決此問題的發(fā)生，建議在裝置內(nèi)安裝控溫裝置。

5 結(jié)論

目前，油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置技術(shù)還不十分成熟，尤其在長期運(yùn)行后，裝置整體不夠穩(wěn)定，需要投入相當(dāng)?shù)娜肆M(jìn)行維護(hù)。從測(cè)試結(jié)果看，（1）各裝置型號(hào)在低濃度油樣下的測(cè)量準(zhǔn)確性比中濃度油樣下的測(cè)量準(zhǔn)確性高。（2）裝置的油氣分離采用真空脫氣法或頂空脫氣法的脫氣方式，檢測(cè)單元采用微型熱導(dǎo)檢測(cè)器，所得的測(cè)試數(shù)據(jù)更穩(wěn)定，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性更高。（3）相比于其他，采用膜脫氣方式的裝置的檢測(cè)周期要稍長一點(diǎn)。