絕緣油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置測(cè)量誤差偏大的原因分析

何 清，王 偉，王瑞珍，阮 羚，胡 然

(1.國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司電力科學(xué)研究院，湖北 武漢 430077;2.國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司，湖北 武漢 430077）

0 引言

隨著狀態(tài)檢修工作的不斷深入，高壓輸變電設(shè)備停電檢修周期由3年延長(zhǎng)至6年，通過(guò)在線監(jiān)測(cè)裝置和帶電檢測(cè)方式相結(jié)合，及時(shí)、準(zhǔn)確了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)成為目前開展高壓輸變電設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)的重要技術(shù)手段和數(shù)據(jù)來(lái)源。 目前，油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置已成為各電力公司配置數(shù)量最多的在線監(jiān)測(cè)裝置，如何保證油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性成為保證充油類主設(shè)備運(yùn)行安全的必然要求。

2015年湖北電科院對(duì)湖北電網(wǎng)內(nèi)安裝的309臺(tái)絕緣油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置的運(yùn)維情況進(jìn)行了全面調(diào)研，并對(duì)其中的68臺(tái)絕緣油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置開展了測(cè)量誤差分析。針對(duì)絕緣油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置檢測(cè)數(shù)據(jù)測(cè)量誤差偏大的原因進(jìn)行了詳細(xì)討論與分析，并針對(duì)性地提出了一些意見和建議。

1 湖北電網(wǎng)油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置概況

截止2015年10月，湖北全省220 kV及以上變電設(shè)備共安裝來(lái)自23個(gè)生產(chǎn)廠家的309臺(tái)絕緣油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置，絕緣油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置的裝設(shè)比例占運(yùn)行變壓器（電抗器）總量的48.82%。其中500 kV及以上電壓等級(jí)221臺(tái)套，220 kV電壓等級(jí)88臺(tái)套。其中，采用色譜法檢測(cè)原理279臺(tái)套，采用光聲光譜檢測(cè)原理30臺(tái)套。少組分油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置26臺(tái)。圖1為2015年湖北省油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置配置數(shù)量統(tǒng)計(jì)。

圖1 2015年湖北省油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置配置數(shù)量統(tǒng)計(jì)圖Fig.1 Statistical graph of On-line Monitoring Device of Gases Dissolved in Transformer Oil in Hubei Power Grid in 2015

2 測(cè)量誤差統(tǒng)計(jì)分析

在GB/T 7252-2001《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》中，通常利用絕緣油色譜檢測(cè)數(shù)據(jù)中的氫氣、乙炔和總烴三個(gè)指標(biāo)來(lái)進(jìn)行故障判斷。因此在對(duì)絕緣油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置測(cè)量誤差計(jì)算統(tǒng)計(jì)中也分別針對(duì)這三個(gè)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量誤差的分類統(tǒng)計(jì)。

2.1 誤差計(jì)算方法

誤差計(jì)算和要求依據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司Q/GDW 540.2-2010《變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)裝置檢驗(yàn)規(guī)范 第2部分∶變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置》[1-2]。測(cè)量誤差計(jì)算公式如下

測(cè)量誤差要求在線監(jiān)測(cè)裝置數(shù)據(jù)與離線裝置分析數(shù)的誤差最大不超過(guò)30%。

2.2 測(cè)量誤差數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

68臺(tái)絕緣油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置中有10臺(tái)設(shè)備全部7個(gè)組分（氫氣H2、甲烷CH4、乙烷C2H6、乙烯C2H4、乙炔 C2H2、一氧化碳 CO、`二氧化碳 CO2）的檢測(cè)誤差在國(guó)網(wǎng)要求的最大誤差標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，檢測(cè)誤差合格率為14.7%。有31臺(tái)設(shè)備氫氣單組分、15臺(tái)總烴氣體（甲烷CH4、乙烷C2H6、乙烯C2H4、乙炔C2H2四種氣體的總和）含量檢測(cè)誤差滿足國(guó)網(wǎng)測(cè)量誤差要求；乙炔單組分（乙炔氣體含量大于0.5 μL/L）檢出率為100%。68臺(tái)絕緣油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置各檢測(cè)指標(biāo)測(cè)量誤差數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分布詳見圖2。

圖2 絕緣油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置測(cè)量誤差統(tǒng)計(jì)分析Fig.2 Statistical analysis of measurement error of on-line monitoring device of gases dissolved in transformer oil

2.2.1 氫氣單組分檢測(cè)誤差統(tǒng)計(jì)

有37臺(tái)絕緣油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置單氫氣體測(cè)量誤差超過(guò)30%，測(cè)量誤差不合格率為54.4%。單氫氣體檢測(cè)誤差范圍統(tǒng)計(jì)如表1所示。由表1可知,氫氣單組分測(cè)量誤差主要集中在50%～80%，在此測(cè)量誤差范圍內(nèi)的設(shè)備約占不合格設(shè)備的27%。在測(cè)量誤差大于100%的19臺(tái)設(shè)備中均為正偏差,即在線檢測(cè)數(shù)據(jù)明顯比離線數(shù)據(jù)偏大。

2.2.2 乙炔單組分檢測(cè)誤差統(tǒng)計(jì)分析

絕緣油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置共檢測(cè)到17臺(tái)設(shè)備中含有乙炔氣體，其中誤報(bào)5臺(tái)（實(shí)驗(yàn)室乙炔檢測(cè)數(shù)據(jù)為0），正確檢出油中乙炔12臺(tái)。68臺(tái)油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置對(duì)乙炔氣體檢出率為100%。

表1 絕緣油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置氫氣測(cè)量誤差＞30%設(shè)備數(shù)量分類統(tǒng)計(jì)表Tab.1 Statistical table of H2measurement error＞30%of on-line monitoring device of gases dissolved in transformer oil

根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司Q/GDW 540.2-2010《變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)裝置檢驗(yàn)規(guī)范 第2部分∶變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置》中對(duì)乙炔氣體最低檢測(cè)限值0.5 μL/L技術(shù)指標(biāo)要求，68臺(tái)設(shè)備中實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)到乙炔含量超過(guò)0.5 μL/L的有2臺(tái)，絕緣油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置檢出率為100%，但測(cè)量誤差偏大，分別為-36%和-50%。

檢測(cè)數(shù)據(jù)表明，絕緣油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置對(duì)乙炔氣體含量最低檢測(cè)濃度可達(dá)到0.1 μL/L。在68臺(tái)離線檢測(cè)數(shù)據(jù)中有8臺(tái)乙炔含量為0.1 μL/L，在線監(jiān)測(cè)裝置正確檢出5臺(tái)，未檢出3臺(tái)；另有5臺(tái)乙炔離線檢測(cè)數(shù)據(jù)為0.2 μL/L，在線監(jiān)測(cè)裝置均正確檢出。在對(duì)乙炔氣體檢測(cè)中，在線監(jiān)測(cè)裝置誤報(bào)5臺(tái)。

2.2.3 總烴氣體檢測(cè)誤差統(tǒng)計(jì)分析

有53臺(tái)絕緣油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置在甲烷、乙烯、乙烷單組分測(cè)量中誤差超過(guò)30%，測(cè)量誤差不合格率為77.9%。其中甲烷單組分有36臺(tái)測(cè)量誤差超過(guò)30%；乙烯單組分有44臺(tái)測(cè)量誤差超過(guò)30%；乙烷單組分有47臺(tái)測(cè)量誤差超過(guò)30%。測(cè)量誤差統(tǒng)計(jì)見表2。由表2可知,甲烷單組分測(cè)量誤差主要集中在30%～60%，共有20臺(tái)，在此測(cè)量誤差范圍內(nèi)的設(shè)備約占不合格設(shè)備的55%；乙烯單組分測(cè)量誤差主要集中在50%～80%，共有14臺(tái)，在此測(cè)量誤差范圍內(nèi)的設(shè)備約占不合格設(shè)備的32%；乙烷單組分測(cè)量誤差在30%～100%范圍分布均為均勻，但未檢出率最高，達(dá)11臺(tái)，占不合格設(shè)備臺(tái)數(shù)的28%。總烴各單組分氣體測(cè)量誤差大于100%的均反應(yīng)為正偏差,即在線檢測(cè)數(shù)據(jù)明顯比離線數(shù)據(jù)偏大。

表2 絕緣油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置總烴測(cè)量誤差＞30%設(shè)備數(shù)量分類統(tǒng)計(jì)表Tab.2 Statistical table of CH4&C2H4&C2H6measurement error＞30%of on-line monitoring device of gases dissolved in transformer oil

3 測(cè)量誤差偏大原因分析

通過(guò)對(duì)全省68臺(tái)絕緣油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置開展測(cè)量誤差計(jì)算與統(tǒng)計(jì)，可知在線檢測(cè)數(shù)據(jù)測(cè)量誤差偏大是目前絕緣油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置運(yùn)行中存在的突出問(wèn)題，究其原因主要有以下4個(gè)方面。

3.1 檢測(cè)方式和原理

通常我們對(duì)油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置檢測(cè)數(shù)據(jù)測(cè)量誤差的評(píng)定是利用在線數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)室離線數(shù)據(jù)的偏差來(lái)反應(yīng)。但由于絕緣油色譜檢測(cè)是一個(gè)整體系統(tǒng)，從油氣分離、組分分離、組分檢測(cè)、到數(shù)據(jù)處理，油色譜在線與離線設(shè)備在各環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)方式的不同必然導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果的差異。如在油氣分離單元，就存在薄膜脫氣、真空脫氣、頂氣脫氣[3]等多種方式；在組分分離單元也有經(jīng)色譜柱分離后檢測(cè)和不經(jīng)色譜柱混合氣體檢檢測(cè)兩種方法；在氣體檢測(cè)單元有TCD檢測(cè)器、化學(xué)傳感器檢測(cè)和光聲光譜法三種檢測(cè)原理。一般油色譜在線裝置與實(shí)驗(yàn)室離線檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)流程和方式最相似的其檢測(cè)數(shù)據(jù)與離線數(shù)據(jù)會(huì)最相近。因此，不同生產(chǎn)廠商不同檢測(cè)方式和檢測(cè)原理必然導(dǎo)致檢測(cè)誤差的存在。

3.2 產(chǎn)品質(zhì)量

由于油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置檢測(cè)功能的實(shí)現(xiàn)依賴于多個(gè)環(huán)節(jié)共同作用，即使采用同一檢測(cè)原理，不同生產(chǎn)廠商也會(huì)使用不同靈敏度和品質(zhì)的測(cè)量元件來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能，以綜合考慮產(chǎn)品的性價(jià)比。

另外，對(duì)產(chǎn)品的出廠檢測(cè)方式也是造成產(chǎn)品最終質(zhì)量差異的重要原因。如有的設(shè)備廠家在設(shè)備出廠時(shí)不是將在線監(jiān)測(cè)裝置作為一個(gè)整體進(jìn)行性能測(cè)試，而僅對(duì)單獨(dú)的元器件進(jìn)行檢測(cè)（如只檢測(cè)檢測(cè)器）。或因?qū)嶒?yàn)室靜態(tài)檢測(cè)無(wú)法真實(shí)模擬變電站現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際動(dòng)態(tài)運(yùn)行條件（電磁場(chǎng)、溫差、污染等）而導(dǎo)致設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行的檢測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)室差異較大。設(shè)備出廠時(shí)用標(biāo)準(zhǔn)油樣還是標(biāo)準(zhǔn)氣樣開展定量檢測(cè)，以及標(biāo)準(zhǔn)油樣（或標(biāo)準(zhǔn)氣樣）的配置濃度范圍都會(huì)影響對(duì)設(shè)備檢測(cè)的最終性能。

3.3 安裝方式

油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置的進(jìn)出油路一般應(yīng)利用變壓器本體中部或下部的取樣口形成油路進(jìn)行循環(huán)檢測(cè)。但現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研中發(fā)現(xiàn)部分設(shè)備進(jìn)出油路（取油管與回油管）則全部來(lái)自同一取油法蘭（一般為下部）如圖3(a)所示。由于變壓器一般采用油浸風(fēng)冷或自冷方式，設(shè)備絕緣油流動(dòng)性較弱，若取油點(diǎn)和回油點(diǎn)接于同一法蘭上進(jìn)行采樣，當(dāng)檢測(cè)周期較短時(shí)，容易造成取樣口附近絕緣油被反復(fù)取樣進(jìn)行油氣分離，導(dǎo)致在線檢測(cè)數(shù)據(jù)偏小，無(wú)法靈敏反應(yīng)設(shè)備本體實(shí)際狀態(tài)[4]。因此，建議油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置在基建安裝時(shí)應(yīng)盡量將取油管與回油管分別安裝于兩個(gè)不同的法蘭取油口，如圖3(b)所示。

圖3 油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置絕緣油檢測(cè)管路安裝圖Fig.3 External Detection circuit ofOn-line Monitoring Device of Gases Dissolved in Transformer Oil

3.4 運(yùn)維管理

除了以上設(shè)備固有的檢測(cè)方式及原理、產(chǎn)品自身質(zhì)量以及外部安裝方式導(dǎo)致的檢測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確外，油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置實(shí)際的運(yùn)維方式也會(huì)影響其檢測(cè)結(jié)果。

3.4.1 檢測(cè)頻率

油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置壽命主要由色譜柱和檢測(cè)器決定，以TCD檢測(cè)器為例，一般按24 h/次計(jì)算，可使用5～7年。而對(duì)于一些重要設(shè)備，如特高壓以及換流站設(shè)備，要求4～6 h/次或更短檢測(cè)周期的，檢測(cè)頻率的增加勢(shì)必會(huì)大大加速色譜柱和檢測(cè)器的性能退化，直接影響檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.4.2 設(shè)備維護(hù)

除油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置自身產(chǎn)品質(zhì)量外，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維技術(shù)與水平也是影響設(shè)備正常運(yùn)行，提供準(zhǔn)確檢測(cè)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵因素。如運(yùn)行中及時(shí)記錄載氣壓力定期更換載氣鋼瓶；定期更換色譜柱或檢測(cè)器；定期開展在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與離線數(shù)據(jù)的測(cè)量誤差對(duì)比和絕緣油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置的現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)等，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)開展設(shè)備維護(hù)。

3.4.3 運(yùn)行年限

油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置由大量的電子元器件組成，電子元器件的正常使用壽命一般號(hào)稱最長(zhǎng)可達(dá)7～10年，但受現(xiàn)場(chǎng)惡劣運(yùn)行條件、檢測(cè)頻率和設(shè)備運(yùn)行維護(hù)等因素的影響，絕緣油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置實(shí)際運(yùn)行壽命一般為5年左右。在2015年統(tǒng)計(jì)的全部7個(gè)組分滿足測(cè)量誤差要求的10臺(tái)絕緣油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置中，設(shè)備運(yùn)行2年的有6臺(tái)，占60%，運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的也只有4年，因此設(shè)備使用年限越長(zhǎng)其檢測(cè)靈敏度會(huì)越低。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)2015年湖北電網(wǎng)68臺(tái)油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置的測(cè)量誤差分析數(shù)據(jù)，對(duì)造成測(cè)量誤差偏大的原因從檢測(cè)原理、檢測(cè)器溫度、產(chǎn)品質(zhì)量、安裝方式以及現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維管理5方面進(jìn)行了詳細(xì)、深入的探討與分析。針對(duì)這5個(gè)方面的原因，建議嚴(yán)格把控油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置從技術(shù)選型、招標(biāo)采購(gòu)、入網(wǎng)檢測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)安裝與驗(yàn)收、運(yùn)維管理、定期校驗(yàn)、設(shè)備狀態(tài)評(píng)估到設(shè)備退役的全過(guò)程、全壽命技術(shù)監(jiān)督與管控工作，充分利用好油色譜在線檢測(cè)這一先進(jìn)技術(shù)手段，切實(shí)發(fā)揮其動(dòng)態(tài)檢測(cè)準(zhǔn)確、狀態(tài)預(yù)警及時(shí)、故障反應(yīng)靈敏的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，為電網(wǎng)主設(shè)備經(jīng)濟(jì)、安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供可靠保障。

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