變壓器油中溶解氣體在線監測裝置在東莞供電局的應用

鐘志芳

摘要：油中溶解氣體氣相色譜分析是變壓器內部故障的重要檢測手段。隨著電網的發展和運行電壓的提高，油中溶解氣體氣相色譜分析技術不斷改進，由常規的色譜分析方法到目前采用的在線監測，從根本上發生了質的飛躍。文章針對東莞供電局目前使用油在線監測有奧特訊KG2000A、中能電力科技開發有限公司生產的 Hydran201i型（簡易型DGA）和中分3000型在線色譜儀（全組分DGA），詳細介紹變壓器油中溶解氣體在線監測系統的原理、結構，并分析其在東莞供電局變電站實際應用中的情況。

關鍵詞：變壓器；油中溶解氣體；在線監測

中圖分類號：TM406文獻標識碼：A文章編號：1006-8937（2011）22-0030-02

隨著我國經濟的快速發展，電網容量逐漸增大，電壓等級也隨之提高，設備故障所產生的影響也相應增大。作為變壓器是在電力系統中最重要、最昂貴的設備之一，其運行狀態的安全與否直接關系到整個電力系統的安全性和經濟性。因此，隨時檢測變壓器絕緣油中的氣體，及時發現變壓器內部故障的第一手資料，是保障供電可靠性的重要手段之一。

常規的油色譜分析法是基于實驗室的分析技術，通過現場采取油樣后在實驗室定期進行分析。其缺點是在取油樣周期間隔中，無法對變壓器油中氣體進行實時有效的監測，對某些發展比較快的突發故障就成了漏網之魚，造成不必要地損失。而且在取樣試驗過程中環節比較多，存在較大的人為誤差，影響其數據的準確性。變壓器油中溶解氣體在線監測裝置的使用有效地解決試驗室油樣分析的限制，既可及時發現變壓器內部潛伏性故障，又可以監控變壓器運行中油色譜數據的變化規律，大大提高了變壓器的運行可靠性和安全性。

1油色譜在線監測裝置的工作原理

1.1系統功能分類

①單組分監測系統。僅對油中溶解的單組分氣體或某幾種氣體成分總量作檢測。我局采用的有中能電力科技開發有限公司生產的 Hydran201i型，深圳奧特迅傳感技術有限公司生產的TransPro KG2100A、2100B。

②多組分監測系統。對油中溶解的多個氣體成分作定量檢測。我局采用的有河南省中分科技有限公司生產中分3000型變壓器油中氣體在線監測裝置。

1.2系統組成

油色譜在線監測系統一般由油氣分離單元、氣體檢測單元、數據分析單元和數據傳輸單元。

①油氣分離單元。由于氣體檢測器一般不能和變壓器油直接接觸。當前各種在線監測系統的油氣分離方法主要有：機械震蕩分離法、真空脫氣分離法、透氣膜分離法。前兩種多與實驗室采用的方法一致，主要用于多組分油在線監測裝置，如河南省中分科技有限公司生產中分3000型。后一種多用于單組分的油在線監測裝置，如：中能電力科技開發有限公司的Hydran201i型和深圳奧特迅傳感技術有限公司生產的TransProKG2100A、2100B。

②氣體檢測單元。將油氣分離單元脫出的油中溶解氣體在氣體檢測單元完成轉換。檢測單元通過直通管與氣體分離單元相連，油中滲透出來的混合氣體經色譜柱分離后，再經傳感器，則得到各種氣體的含量：氫氣（H2）、一氧化碳（CO）、甲烷（CH4）、乙烯（C2H4）、乙烷（C2H6）、乙炔（C2H2）和二氧化碳（CO2）。單組分的油在線監測裝置常采用燃料電池等方案。

2各類在線監測裝置的運行情況（截止2010年底）

①河南省中分科技有限公司生產的中分3 000型變壓器油中氣體在線監測裝置。

該設備可分別檢測七種主要故障特征氣體的濃度，采用傳統的色譜柱在線監測，相當于實驗室的微型版，測試數據與離線試驗數據接近，能直接反應變壓器油內部的真實情況。但由于它是離線實驗室的微型版，采用的輔助設備較多，需載氣和一些消耗品，因此一般情況要求每兩年更換一次載氣，再者它在室外，環境較現實的實驗室惡劣，因此對各種零件的損壞比較大，要多采用耐高溫，抵寒冷的材料。雖然如此，隨著儀器的運行時間推移，其暴露問題也逐漸增多，僅2010年河南中分3 000就出現了15次故障，故障率為35.7%。故障主要有二個，其一為設備軟件問題，如出現3次客戶端軟件數據不更新，需現場重啟儀器后方能恢復正常，還出現軟件參數設置問題，需修正軟件參數后才可正常。其二為設備硬件故障，主要為儀器無線模塊、主板、電路板或電源板燒壞（出現5次），另一個為設備油路回油閥、電磁閥漏油，需更換或維修。

②中能電力科技開發有限公司生產的Hydran201i型變壓器油中氣體在線監測裝置。

該設備由于是通過一種具有選擇性的滲透膜進入電化學氣體監測器內，再經過電化學反應，產生一個與反映量成比例的電信號，可檢測主要故障特征氣體的復合濃度—氫氣（H2）、一氧化碳（CO）、乙炔（C2H2）和乙烯（C2H4），反應出變壓器內部油的變化趨勢。它所需輔助設備少，因此日常的維護工作較少。但由于它是一種復合氣體，要經進系數（滲透膜的滲透系數）的轉換，才能算出各種氣體的具體數值，因此它與實驗室離線色譜數據有一定的差距。同時，它要求滲透膜的技術含量很高，一要滲透性強，要求傳遞過來的氣體能充分反應變壓器油中氣體的含量。二是要求隔離性強，保證變壓器的油不會因此泄漏、污染。該設備目前出現的問題是：穩定性較差，故障類型的多樣性，有傳感器損壞，誤報警、通訊故障等，2010年中能公司的在線監測裝置共發生誤報警、故障3臺次，故障率為20%。主要為500 kV橫瀝站出現通訊故障，調整通訊裝置后恢復正常，還有一宗為傳感器滲透膜損壞需更換，另一宗為設備數據處理模塊I/O損壞。

③深圳奧特迅傳感技術有限公司生產的TransPro KG2100A、2100B、KG3100A型油中氣體在線監測裝置。

它也是采用透氣膜分離法，利用氣體滲透膜透氣性和氣體在燃料電池電極上發生電化學反應，再把化學信號變換為電信號。在安裝使用前期，也出現設備升級，元件損壞情況，到后來逐漸穩定。在2010年內未出現故障情況。其缺點是，該設備的測量數據也為復合濃度，未能達到試驗數據直觀的目的。故障分析能力一般，對故障類型無法直接判斷。

④實例應用，主要通過以下實例應用前的問題以及應用的效果加以說明。

其一，220 kV立新變電站#2主變為奧地利VA TECH伊林電氣公司生產，2000年4月投入運行，該主變自投運以來運行狀況良好，在油色譜分析中未見異常。在2007年10月9日，實驗室油色譜分析發現總烴含量增速加快，含量達到94.85μL/L。于是加強對＃2主變的運行監控，縮短了試驗周期，由原來的每半年一次預試，改為每月跟蹤試驗。在2008年4月，在#2主變安裝了河南中分3000色譜在線監測系統，對其進行實時監控。經對比，兩者數據基本一致。這時，為了更好地實時掌握油色譜試驗情況，我們采用在線監測裝置代替離線油色譜跟蹤試驗。到2009年6月22日，我們從在線監測裝置看到，總烴含量突增為238μL/L；到6月26日，短短的四天時間，總烴又增到301μL/L。經現場多方面調查，我們初步考慮為變壓器過熱性故障，建議變電站降低負荷一半，并隨時留意數據變化。同時，將＃2變油在線監測裝置試驗周期改為每日三次。由于故障分析準確，采取地措施得當，在迎峰度夏期間，#2主變油色譜總烴數值穩定在300μL/L左右。2010年1月，為避免220 kV立新站#2主變潛在的安全運行風險，我們將#2主變更換并返廠吊心檢查，發現：＃2主變變高A、B相出線處的導線沒有接直，形成彎曲搭接現象，導致彎曲搭接部分形成了分流，而搭接部分又嚴重接觸不好，長期發熱，導致出線斷股現象。所以在變壓器負荷增大時，過熱性故障更明顯。實踐表明，變壓器油中溶解氣體在線監測系統檢測的數據是可靠的，由此進行的故障性質及故障發展趨勢的判斷是準確、及時的。

其二，500 kV東莞站#1主變A相在2006年5月第一次在實驗室檢測出含有微量乙炔0.2μL/L，后加裝中能電力科技開發有限公司生產的Hydran201i型變壓器油中氣體在線監測裝置進行跟蹤監測，以減少離線油色譜跟蹤試驗次數，現數據趨于平穩。

其三，目前，我局在所有500 kV變電站加裝油在線監測裝置。在2010年我局生技部明確，對已安裝油在線監測裝置的變壓器，且在在線監測裝置正常的情況下，可取消迎峰度夏期間，對500 kV主變每月取油樣進行實驗室分析的預試計劃，按正常油預試周期（每三個月一次）進行。這極大地減輕了我們試驗人員工作量。

3油在線監測裝置的發展前景

在當今“以人為本”的社會中，在線監測技術是未來發展的方向。變壓器油中溶解氣體在線監測技術彌補了實驗室對絕緣油進行定期取樣和分析的不足，它可以對設備實現連續監測，其檢驗周期可以達到數分鐘一次，利于發現變壓器內部早期故障的發生和演變過程，讓潛伏性故障無所遁形。這樣，既可以減少人工測量所需的工作量，又可減少故障漏報的風險和損失。目前在線監測技術雖然與實驗室油中溶解氣體分析技術相比仍有一些差距，設備缺陷故障維護方面動用的人力較多，但我們相信，在不久的將來，在線監測技術的不斷成熟，它將取代人工定期取樣化驗分析，逐漸實現以在線監測為基礎的狀態檢修，大大降低人力、物力。

參考文獻：

[1] DL/T 722-2000,變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則[S].