油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性評估方法的研究

唐 紅，郎雪淞，趙君嬌，王 南

( 1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006；2.遼寧東科電力有限公司，遼寧 沈陽 110179)

變壓器是電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，其安全穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到電網(wǎng)的安全運(yùn)行，目前國內(nèi)外高電壓、大容量的變壓器大多為充油式變壓器，在正常情況下，變壓器內(nèi)油紙絕緣材料在熱和電的作用下，會逐漸老化和分解，產(chǎn)生少量的各種烴類氣體及CO、CO2等氣體，這些氣體溶解于油中，當(dāng)存在過熱或放電故障時(shí)，就會增加這些氣體產(chǎn)生的速度及溶解于油中的數(shù)量[1]，變壓器內(nèi)部故障類型及嚴(yán)重程度與這些氣體的組成和體積分?jǐn)?shù)關(guān)系密切。變壓器油中溶解氣體分析可判斷變壓器內(nèi)部故障，監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行狀況，其中氣相色譜分析法檢測油中溶解氣體是最有效的分析方法[2]。

傳統(tǒng)的油中溶解氣體分析檢測方法存在一定局限性，根據(jù)DL/T 722—2014《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》中的要求[3]，電壓220 kV及以上變壓器和電抗器的檢測周期為6個(gè)月，電壓330 kV及以上變壓器和電抗器的檢測周期為3個(gè)月，定期試驗(yàn)周期較長，無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部故障，對需要跟蹤分析其發(fā)展?fàn)顩r和產(chǎn)氣增長速率的大型變壓器不能連續(xù)監(jiān)測。油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置可監(jiān)測變壓器絕緣油中各種氣體體積分?jǐn)?shù)，同時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綘顟B(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測[4]，當(dāng)氣體體積分?jǐn)?shù)超標(biāo)時(shí)可及時(shí)報(bào)警，能及時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行狀況，彌補(bǔ)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室油中溶解氣體分析檢測方法的不足，為變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行和狀態(tài)檢修提供了技術(shù)支撐，是保障電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行的重要措施。

油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性是關(guān)鍵性指標(biāo)，是運(yùn)行維護(hù)人員關(guān)注的重點(diǎn)[5]。對油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置數(shù)據(jù)進(jìn)行全過程評估分析可及時(shí)了解裝置運(yùn)行情況，確保裝置數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的全過程評估方法

對油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的全過程評估分為投運(yùn)前評估和運(yùn)行中評估。評估方法主要有標(biāo)準(zhǔn)氣評估法和標(biāo)準(zhǔn)油評估法，油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置主要由油氣分離單元和氣體檢測單元兩大關(guān)鍵部分組成[6]，油氣分離單元是將氣體從變壓器采集到的油樣中分離出來，然后將氣體送到氣體檢測單元進(jìn)行檢測。由于油氣分離不徹底、傳感器靈敏度低、采樣油路不合理、色譜柱分離不理想等因素，都可能影響數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，因此，對裝置數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的評估應(yīng)考慮到裝置工作所有環(huán)節(jié)對數(shù)據(jù)的影響，確保裝置各個(gè)組成部分均滿足運(yùn)行要求。標(biāo)準(zhǔn)氣評估法只能對裝置氣體檢測單位進(jìn)行校驗(yàn)，忽略了油氣分離過程對數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的影響，因此該方法具有一定的局限性；標(biāo)準(zhǔn)油評估法是用不同濃度的油樣與裝置進(jìn)行連通校驗(yàn)，該方法能夠模擬裝置真實(shí)工作條件，并充分考慮裝置的各工作環(huán)節(jié)，因此選用標(biāo)準(zhǔn)油評估法。

2 數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的評估過程

2.1 油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置投運(yùn)前評估

配置不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)油樣對油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置進(jìn)行投運(yùn)前評估，評估內(nèi)容包括數(shù)據(jù)測量誤差、測量重復(fù)性、交叉敏感性。利用智能檢定儀配置4種不同體積比的油樣，油樣中所含氣體成分及體積比應(yīng)符合下列要求：烴類氣體CH4、C2H6、C2H4、C2H2體積分?jǐn)?shù)小于10 μL/L，其中C2H2體積在0.5～1.5 μL/L，1個(gè)油樣；總烴體積介于10～150 μL/L，1個(gè)油樣；總烴體積分?jǐn)?shù)介于150 μL/L和最高檢測限值兩者之間，1個(gè)油樣； CO體積分?jǐn)?shù)大于1000 μL/L，CO2體積分?jǐn)?shù)大于10 000 μL/L，H2體積分?jǐn)?shù)小于50 μL/L，1個(gè)油樣[7]。

將智能檢定儀與油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置相連，進(jìn)行分析測試，取相同油樣用實(shí)驗(yàn)室氣相色譜儀進(jìn)行分析測試，以實(shí)驗(yàn)室氣相色譜儀測量結(jié)果為基準(zhǔn)，按式(1)計(jì)算測量誤差，每組油樣的數(shù)據(jù)均應(yīng)滿足表1中的測量誤差要求，第4組油樣數(shù)據(jù)滿足誤差要求，則該裝置數(shù)據(jù)滿足交叉敏感性要求。

×100%

(1)

表1 檢測限值及測量誤差要求

配置總烴大于等于50 μL/L的油樣，測量重復(fù)性的檢驗(yàn)是對同一油樣，連續(xù)進(jìn)行6次在線監(jiān)測裝置油中氣體分析，以總烴測量結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD應(yīng)不大于5%[8]。

(2)

2.2 油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置定期評估

在運(yùn)油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置經(jīng)常出現(xiàn)漏報(bào)警、誤報(bào)警問題，因此需要對在運(yùn)裝置進(jìn)行定期評估，以提升裝置數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，提升應(yīng)用效果。對于已投運(yùn)的裝置，標(biāo)準(zhǔn)油評估法可分為現(xiàn)場比對法和實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)比對法，數(shù)據(jù)對比時(shí)按照裝置投運(yùn)前測量誤差標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評估?，F(xiàn)場比對法需將配置好的油樣帶到安裝現(xiàn)場進(jìn)行試驗(yàn)對比，適用于安裝裝置數(shù)量不多的情況，實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)比對法是利用變壓器的定期色譜試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，適用于安裝裝置數(shù)據(jù)較多的情況。

3 在線監(jiān)測裝置的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性全過程評估

目前在線監(jiān)測裝置質(zhì)量參差不齊，對每臺油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置數(shù)據(jù)進(jìn)行全過程評估分析可保障裝置數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，提高裝置應(yīng)用可靠性。本文以某變電站1號主變油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置從安裝前到運(yùn)行后的數(shù)據(jù)全過程分析為例，配置4組油樣對該臺裝置進(jìn)行安裝前數(shù)據(jù)評估，實(shí)驗(yàn)室色譜數(shù)據(jù)及在線監(jiān)測裝置數(shù)據(jù)如表2所示，4組油樣均滿足測量誤差及交叉敏感性的要求，對同一油樣進(jìn)行6次數(shù)據(jù)測量，具體數(shù)據(jù)見表3所示，利用式(2)計(jì)算數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)偏差，各組分?jǐn)?shù)據(jù)均小于5%，滿足重復(fù)性要求，該裝置滿足要求，可安裝投入運(yùn)行。

該裝置投運(yùn)后進(jìn)行運(yùn)行中評估分析，利用該變壓器的定期色譜試驗(yàn)數(shù)據(jù)，將實(shí)驗(yàn)室色譜分析儀檢測結(jié)果與在線監(jiān)測裝置數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，具體數(shù)據(jù)見表4，該滿足測量誤差要求，并對各組分氣體的數(shù)據(jù)趨勢進(jìn)行對比分析，各組分氣體趨勢對比如圖1所示。

表2 油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置安裝前測試數(shù)據(jù)

表3 油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置安裝前數(shù)據(jù)重復(fù)性測試

表4 油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置安裝前測試數(shù)據(jù)

(a)H2氣體對比趨勢

(b)CH4氣體對比趨勢

(c)C2H6氣體對比趨勢

(d) C2H4氣體對比趨勢

(e)CO氣體對比趨勢

(f)CO2氣體對比趨勢

4 結(jié)語

對油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置數(shù)據(jù)開展全過程評估分析，投運(yùn)前準(zhǔn)確性評估檢測，保障產(chǎn)品質(zhì)量，保證投運(yùn)的裝置數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性滿足要求，對運(yùn)行中裝置數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性定期對比評估，確認(rèn)運(yùn)行中的裝置數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確可靠，能否有效監(jiān)測主設(shè)備，如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性不滿足要求，應(yīng)及時(shí)對裝置檢修，查找原因并校準(zhǔn)裝置，保證裝置能夠發(fā)揮監(jiān)測作用，為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行奠定良好基礎(chǔ)。