变压器油在线色谱监测装置的应用现状分析

郭 伟，武志峰，郝菊屏，祁 炯

(1.国网安徽省电力公司马鞍山供电公司，安徽 马鞍山 243000；2.国网安徽省电力公司电力科学研究院，安徽 合肥 230022)

0 引言

变压器作为电力系统的重要设备之一，它的健康状况直接关系到电网的安全、稳定和经济运行。传统的变压器状态检测和监督方式是进行周期性预防性试验，包括停电电气试验和绝缘油的色谱分析。这2种方式对了解设备的健康状况，及早发现设备存在的安全隐患，保障设备的安全运行发挥了积极的作用。但是变压器的某些事故是突发性的，并在很短的时间内发生。传统的变压器油实验室色谱分析周期长，无法在2次分析时间间隔内及时捕捉到预示变压器发生事故的早期状态信息。而采用故障特征气体在线监测手段则可以克服实验室色谱监测试验周期长、测量环节多、操作繁琐的缺点，对智能电网的建设和实现设备的状态检修，即时远程监测、降低计划外停电时间等起到决定性的作用。

1 在线色谱的监测技术及检测原理

在线色谱监测原理就是色谱分析原理。国内外现有的油中溶解气体(DGA)在线监测装置一般由油气分离、组分分离、气体检测、数据处理与传输、故障诊断5部分组成。其中油气分离是在线色谱监测的核心，油气分离效果的好坏直接影响着在线色谱监测装置的准确性和对变压器进行监测的有效性。DGA在线监测装置组成结构如图1所示。

图1 油中溶解气体在线监测装置组成结构

马鞍山供电公司目前主要安装使用河南中分仪器股份有限公司生产的中分3000在线色谱监测装置和宁波理工监测设备有限公司生产的MGA2000—6H型在线色谱监测装置。这2种不同类型的在线色谱监测装置工作原理如下。

(1)河南中分3000在线色谱监测装置使用实验室经典的动态顶空(吹扫—捕集)脱气技术，其工作原理是：在油样进入脱气模块后，把载气通入油中，在持续的气流吹扫下，样品中的组分随载气逸出来，并通过一个装有吸附剂的捕集装置进行浓缩；经过一段时间后，样品中的组分全部或定量进入捕集器，再由切换阀将捕集器中的组分迅速切换到色谱柱进行分离；分离后的气体组分经高灵敏度的微桥式检测器转换成与浓度成正比的模拟信号，再经过A/D转换，通过无线远程通讯系统，将数据传输到带有通讯系统的色谱在线监测工作站，实现对变压器油中气体组分的监测。

(2)宁波理工MGA2000—6H在线色谱监测装置的工作原理是：溶解在变压器油中的故障特征气体进入气体采集器，经由毛细管平衡渗透约1 h后实现油气分离，然后在内置微型气泵的作用下，进入电磁六通阀的定量管；定量管中的故障特征气体在载气作用下再经过色谱柱，然后气体检测器按气体出峰的先后顺序将H2，CO，CH4，C2H4，C2H2和C2H6这6种气体变换成电压信号；色谱数据采集器将采集到的电压信号通过RS485上传给安装在控制室的数据处理器；数据处理器根据仪器标定的数据进行定量分析，计算出各组分和总烃。

2 在线色谱监测装置的安装情况

截至2012年年底，公司先后在220 kV采石变、500 kV当涂变、110 kV雨山变等7所变电站共计安装河南中分3000和宁波理工MGA2000—6H在线色谱监测仪15台，具体的安装和运行情况如表1所示。

表1 在线色谱监测装置安装运行情况

3 在线色谱监测装置的运行分析

从公司目前在运的15台在线色谱监测装置中，抽取作为公司枢纽变的220 kV采石变1号主变、城市最南部的220 kV长龙山变2号主变、华东电网当涂500 kV开关站2号主变A相、220 kV香泉变2号主变这4台主变作为样本进行分析研究。计算出在线色谱监测装置监测数据与实验室离线色谱分析数据之间存在的差异，并结合国家电网公司Q/GDW 536—2010标准《变压器油中溶解气体在线监测装置技术规范》(见表2)，分析在线色谱监测装置检测数据与实验室离线色谱检测数据之间数值偏差产生的原因，探讨总烃及特征气体含量的变化趋势。

表2 在线监测装置的检测要求

为了深入研究在线监测装置监测数据的准确性、稳定性和误差范围，公司自2012年2月开始提取实验室离线色谱试验数据，和在线色谱监测装置的监测数据进行对比。公司检修试验工区技术监督班采用河南中分2000B型气相色谱分析仪，对上述4台主变各采样2次，其监测数据的对比如表3～6所示。

针对上述8组离线、在线色谱监测装置分析数据得出的124项检测组分，根据国家电网公司Q/GDW 536—2010标准和DL/T 722《变压器油中溶解气体分析和判断导则》中在线监测装置与实验室色谱仪对同一油样测量误差不得大于30 %的要求，按照公式：测量误差=[(在线监测装置检则数据-色谱仪检测数据)/色谱仪检测数据]×100 %计算测量误差，来考察在线色谱监测装置测试数据的准确性(准确度一般用误差来表示)。通过数据分析结果可以看出，绝大多数的检测组分测量误差远大于30 %。各检测组分测量误差大于30 %的分布如图2所示。

由图2可知，在线监测装置测试数据的准确性，显然达不到国家电网公司Q/GDW 536—2010和DL/T 722中规定的，在线监测装置监测数据同

实验室色谱数据相比，测量误差不得大于30 %的要求，造成在线监测数据没有实际意义，有时甚至误报警，干扰正常的生产运行。但是从在线监测装置监测数据的精密度来考察(精密度一般用偏差来表示), 按照公式：相对偏差=[(实测值-算术平均值)/算术平均值]×100 %，通过计算和分析其各组分测量偏差，绝大多数符合国家电网公司Q/GDW 536—2010和 DL/T 722中规定的，在线监测装置与实验室色谱仪对同一油样测量相对偏差不得大于10 %的要求。各检测组分相对偏差小于10 %的分布如图3所示。

表3 MGA2000—6在线监测装置与离线色谱试验数据对比(当涂500kV 2号主变A相)

表4 中分3000在线监测数据与离线试验数据对比(采石变1号主变)

表5 中分3000在线监测数据与离线试验数据对比(长龙山变2号主变)

表6 中分3000在线监测数据与离线试验数据对比(220kV香泉变2号主变)

图2 油中溶解气体测量误差大于30%的分布情况

图3 监测组分精密度符合要求的分布情况

4 结论与建议

(1)变压器油色谱在线监测装置的技术原理与常规的实验室离线色谱检测原理在本质上是一样的，都是实现对变压器本体内部的油中溶解气体的分析检测，其中脱气技术是关键。气体分离技术目前已经很成熟，一般各个生产厂家在产品质量上无太大的差别；数据的采集、传输、控制等技术也日臻完善。英国中央发电局(EGB)认为，分析测量误差多半产生在变压器油脱气阶段。不同厂家生产的在线监测装置因其脱气原理不同所产生的误差也不一样。

(2)H2，C2H2和总烃作为溶解于油中的重要特征气体，对及时发现变压器存在的潜伏性故障意义重大。公司目前安装的15台在线色谱监测装置对于故障特征气体H2，C2H2和总烃的监测比较可靠。以H2为例，大多数在线色谱监测数据都远远大于离线色谱的监测数据，这主要是由于H2在油中溶解度较低、易扩散、较难密封所导致。但是，在线色谱和离线色谱监测装置在分析同一组分时两者之间的增长趋势基本一致，而实验室离线色谱从油样的采集、到油样的脱气、再到样气的转移和进样操作，分析周期长、作业程序复杂，影响试验准确度的因素很多，造成系统误差的外在因素总和大于在线监测装置，这也是造成离线色谱监测数据普遍小于在线色谱监测数据的主要因素。

(3)从表3～6可以看出，由于分析的是同一个主变的2组数据，一般同一台设备在线色谱监测装置中测试的数据与离线数据对比，或者2次均大，或者2次均小，这再次证明在线色谱监测装置再现性好、精密度高的优点。

(4)离线色谱监测装置一般是在恒温的实验室中进行测试的，每次测试前需用标气进行标定，且需定期进行校验，因此色谱数据的准确率很高。而在线色谱监测装置一般安装在室外变压器附近，工作环境温度变化大，电磁场干扰严重复杂，虽然制造厂商对此采取了很多的措施，但是对于测量毫伏级的色谱信号，要完全消除一些随机出现的干扰是不可能的。且在线色谱监测装置在测试前不可能用标气进行标定，本身发生故障也不可能及时被发现，如温控系统损坏时会造成出峰时间短，峰高升高，所以在线色谱数据的准确性比离线色谱数据低。因此，必须采取有效的智能谱峰识别方法来剔除干扰，避免误报警。

(5)在线色谱监测装置重点在于连续观察变压器内部的状态信息，一旦在线监测的数据出现异常变化或发出报警时，应引起高度重视。及时记录变压器当时的运行工况，并立即去现场取样进行实验室离线色谱分析，同时对离线监测结果进行核定，最终根据离线色谱的分析数据和高压试验手段，结合变压器历史试验数据，运行、检修及安装情况来决定是否要对该台变压器进行缩短分析周期、跟踪监测和停电检修等处理措施。这样有助于正确判断变压器故障的原因、性质与程度。但在目前实际应用中应该避免完全信任或者完全不信任在线色谱监测装置作用的观点。在线色谱监测装置正处于发展阶段，在使用过程中的可靠性和准确性还存在一些问题，应根据运行实践，积累数据经验，针对不足，研究对策。

(6)对在线色谱监测装置的主要要求是所测数据与实验室色谱所测数据具有可比性，能够反映油中溶解气体的变化趋势，但并不是要求与实验室数据完全一致。根据色谱分析原理可知：色谱数据的所有信息均来自谱图，所以通过数据与谱图对比，对谱图进行人工判读识别，能有效地剔除干扰数据，提高数据的准确性。图4是公司使用的MGA2000-6H在线监测装置在主变监测过程中的一次出峰图。

图4 MGA2000-6H在线监测装置一次出峰

通过查看图4中基线是否稳定、平直，各组分的分离情况、出峰时间、峰高有没有变化，再对各组分对应的波峰和数据进行一一比对，从而确定数据的可靠性。别外，图4中出现的微量乙炔是干扰信号引起的，经离线色谱复核可知，乙炔这种成分是不存在的。

(7)严把在线监测装置的入网、基建、调试和验收关，按要求对产品进行入网检测试验，拒绝设计不合理、技术水平较低、质量不达标的产品进入电网。

(8)规范在线色谱测量装置的运行与维护制度，明确运维人员职责，定期进行测量数据准确性比对试验，对在线监测装置的准确性进行评价，确保装置运行正常、结果可靠。

(9)建立省级在线色谱监测装置数据监控中心，统一不同厂家生产的在线监测装置所采用的通讯规约和数据格式，实现测量装置及监测数据的集中统一管理，从而及时发现被监测设备存在的故障隐患。

(10)加强对各级相关专业人员的业务技能和理论知识的培训，提高对在线监测装置的维护和管理水平。

1 苏镇西，徐立群.安徽电网变压器油中溶解气体在线监测系统[J].华东电力，2006(10).

2 严 璋.电气绝缘在线检测技术[M].北京：水利电力出版社，1995.

3 周利军，吴广宇，周志成，等.绝缘油中多组分气体在线监测装置[J].中国铁道科学，2007(4).

4 马国鹏，何云良，黄逢朴，等.变压器油色谱在线监测装置误报警原因分析[J].电力安全技术，2013(12).