變壓器油色譜在線監(jiān)測儀測試準(zhǔn)確性分析

劉小玲，周舟

(湖南省電力公司科學(xué)研究院，湖南長沙 410007)

目前我國的電力變壓器大多都為充油式變壓器，以絕緣油作為絕緣和散熱的介質(zhì)。在實際運行中，變壓器絕緣油和固體絕緣材料在電和熱的作用下，會逐漸老化、分解，產(chǎn)生少量的烴類及CO，CO2等氣體，并溶解在油中。當(dāng)存在潛伏性故障時，這些氣體的產(chǎn)生速度和溶解在油中的數(shù)量都會增加，而故障氣體的組成和含量與設(shè)備故障類型及嚴(yán)重程度有著密切關(guān)系。因此，檢測變壓器絕緣油的色譜情況是監(jiān)視變壓器運行的重要手段之一〔1〕。但是傳統(tǒng)的實驗室色譜分析存在取樣繁瑣，操作復(fù)雜，實驗周期長等缺點，容易造成對變壓器運行監(jiān)督的不到位〔2〕。GB/T7595—2000《運行中變壓器油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定，正常運行條件下500 kV變壓器的檢測周期為3個月，這對內(nèi)部沒有故障的變壓器是合適的，但卻難以滿足對故障變壓器進(jìn)行監(jiān)控的要求，有可能造成因色譜監(jiān)督不到位造成的變壓器事故。

變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測由于具有實時性和連續(xù)性的特點，能及時發(fā)現(xiàn)監(jiān)測目標(biāo)設(shè)備的潛伏性故障，所以一直受到相關(guān)技術(shù)人員的重視。作為變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測技術(shù)中最成熟的技術(shù)之一，在線色譜裝置已在電力部門廣泛使用，可在線監(jiān)測變壓器油中多種故障特征氣體組分的含量變化〔3-4〕。隨著對電力設(shè)備實施狀態(tài)檢修工作的推廣，今后對于大型變壓器的狀態(tài)檢修，會依靠在線色譜儀這一可靠的輔助技術(shù)手段〔5-6〕。

但是，由于在線色譜儀本身以及連接等因素的影響，如在線色譜儀色譜柱的分離效果、傳感器的靈敏度、載氣的消耗、采樣油路是否合理等因素，都可能造成在線色譜儀出現(xiàn)測量結(jié)果偏差或數(shù)據(jù)不靈敏等問題。因此，在線色譜儀在安裝運行前，利用實驗室離線色譜進(jìn)行的數(shù)據(jù)比對，確保在線色譜儀的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠〔7-8〕。

1 實驗部分

實驗室氣相色譜分析采用Agilent 7890A型氣相色譜儀，檢測器為熱導(dǎo)檢測器和氫焰檢測器，油中微水測試采用萬通756KF型卡式庫侖水分儀進(jìn)行。在線色譜儀比對平臺為自主研發(fā)，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。具體比對試驗過程如下:往變壓器油桶中注入一定量的變壓器油，開啟外部循環(huán)與恒溫裝置;往變壓器油中注入一定量的H2，CH4，C2H4，C2H6，C2H2等標(biāo)準(zhǔn)氣，待注入氣體達(dá)到溶解平衡后，變壓器油色譜在線監(jiān)測儀啟動進(jìn)樣程序，進(jìn)行油中溶解各氣體組分以及微水含量的自動檢測，同時，通過油桶取樣口人工取樣，并按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行實驗室離線色譜、微水分析;重復(fù)上一步驟，直至檢測出的氣體含量超過規(guī)定注意值。

圖1 在線色譜儀比對平臺示意圖

2 結(jié)果與討論

圖2為變壓器油中H2含量在線監(jiān)測儀與離線色譜儀的測試結(jié)果，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，在H2含量較低＜10 μL/L的情況下，在線與離線測試的結(jié)果非常接近;當(dāng)H2含量增加時，在線與離線測試結(jié)果之間的誤差有所增加，但相對誤差最大也僅為29.6%(第8次:在線測量結(jié)果為35 μL/L，離線測量結(jié)果為27 μL/L)。

圖2 變壓器油中H2含量在線監(jiān)測儀與離線色譜儀測試結(jié)果

由于C2H2是幾種故障特征氣體中較為重要的一種氣體，往往在低濃度水平是就能反應(yīng)出設(shè)備的潛伏性故障，所以對C2H2的檢測要求非常靈敏。圖3為變壓器油中C2H2含量在線監(jiān)測儀與離線色譜儀的測試結(jié)果，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，在整個比對試驗中，C2H2的在線與離線測試的結(jié)果都非常接近，絕對誤差最大僅為0.9 μL/L(第7次:在線測量結(jié)果為6.3 μL/L，離線測量結(jié)果為5.4 μL/L)。

圖3 變壓器油中C2H2含量在線監(jiān)測儀與離線色譜儀測試結(jié)果

圖4為變壓器油中總烴含量在線監(jiān)測儀與離線色譜儀的測試結(jié)果，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，在總烴含量較低＜50 μL/L的情況下，在線與離線測試的結(jié)果非常接近;當(dāng)總烴含量增加時，在線與離線測試結(jié)果之間的誤差有所增加，但相對誤差最大也僅為28.9%(第11次:在線測量結(jié)果為183 μL/L，離線測量結(jié)果為142 μL/L)。

圖4 變壓器油中總烴含量在線監(jiān)測儀與離線色譜儀測試結(jié)果

圖5為變壓器油中水分含量在線監(jiān)測儀與離線水分儀的測試結(jié)果，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，在整個比對試驗中，水分的在線與離線測試的結(jié)果都非常接近，相對誤差最大僅為7.1%(第3次:在線測量結(jié)果為31 μL/L，離線測量結(jié)果為33.7 μL/L)。

圖5 變壓器油中水分含量在線監(jiān)測儀與離線水分儀測試結(jié)果

綜合以上4個方面，利用在線色譜儀比對平臺進(jìn)行準(zhǔn)確度比對試驗，在線監(jiān)測儀測試結(jié)果與實驗室離線裝置分析數(shù)據(jù)基本一致，證明該變壓器油色譜在線監(jiān)測儀滿足設(shè)計安裝要求。

3 結(jié)論

為了保證在線監(jiān)測設(shè)備的準(zhǔn)確性與可靠性，發(fā)揮在線監(jiān)測設(shè)備應(yīng)有的監(jiān)測作用，必須對入網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行質(zhì)量把關(guān)工作，即在安裝前對在線監(jiān)測儀進(jìn)行實驗室比對試驗。利用實驗室色譜儀、水分儀、以及在線監(jiān)測儀同時對模擬運行中的變壓器油進(jìn)行油色譜、微水檢測分析，比較不同儀器測量的結(jié)果是否一致，判斷在線監(jiān)測儀的檢測結(jié)果是否準(zhǔn)確可靠，從而達(dá)到確保在線監(jiān)測儀產(chǎn)品質(zhì)量的目的，為電網(wǎng)的安全運行打下良好基礎(chǔ)。

〔1〕胡永年.油色譜在線檢測裝置在大型電力變壓器的應(yīng)用〔J〕．電力安全技術(shù)，2001，3(5):13-14.

〔2〕趙學(xué)民，王鑫，趙哲軍，等.油中溶解氣體在線色譜監(jiān)測技術(shù)在變壓器運行中的應(yīng)用〔J〕.華北電力技術(shù)，2007，(10):29-31.

〔3〕米秀河，崔麗珍.在線色譜儀技術(shù)改造方案〔J〕.中國儀器儀表，2008，(3):84-86.

〔4〕鄔小波，姚文軍，王軍，等.變壓器在線色譜裝置技術(shù)條件分析〔J〕.中國電力，2009，42(5):72-75.

〔5〕章義賢.變壓器在線色譜監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用〔J〕.福建電力與電工，2005，25(3):64-65.

〔6〕尚麗平，曹鐵澤，劉先勇，等.變壓器油中溶解氣體在線色譜監(jiān)測綜述〔J〕.變壓器，2004，41(8):36-39.

〔7〕盧立秋，郭軍科，張桂賢，等.變壓器在線色譜儀運行中的校準(zhǔn)技術(shù)〔J〕.供用電，2009，26(4):62-64.

〔8〕劉小玲.淺析在線色譜在電力變壓器油分析中的應(yīng)用〔J〕.湖南電力，2011，30(6).