油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)在特高壓變電運(yùn)維的應(yīng)用

王翔宇

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司檢修分公司，江蘇 南京211100）

隨著社會(huì)的發(fā)展，對電力的需求也不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)的設(shè)備也在不斷的增加，變電運(yùn)維的壓力也不斷增大，如今隨著局放在線監(jiān)測、油色譜在線監(jiān)測、SF6 在線監(jiān)測等一系列智能輔助系統(tǒng)的應(yīng)用，可以輔助我們及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患，并扼殺在搖籃之中。本文將分析油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)在特高壓變電運(yùn)維的應(yīng)用。

1 油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)在特高壓變電站中應(yīng)用的重要性

特高壓變電站變壓器、換流變、高抗等注油設(shè)備眾多，變壓器油作為絕緣和散熱介質(zhì)，在運(yùn)行過程中，變壓器油和設(shè)備中的絕緣材料在電場與磁場的作用下，會(huì)逐漸老化和分解，產(chǎn)生一氧化碳、二氧化碳、氫氣以及少量低分子烴類等氣體，并溶解于絕緣油中。當(dāng)存在隱患或者故障時(shí)，這些氣體會(huì)迅速產(chǎn)生，通過油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)的定期檢測，運(yùn)行人員可根據(jù)微小的氣體含量變化以及新增的氣體，來判斷設(shè)備的運(yùn)行狀況，并結(jié)合帶電檢測等手段合密切監(jiān)視氣體發(fā)展情況，做好綜合分析處理。

2 變壓器等設(shè)備故障診斷相關(guān)知識(shí)

2.1 變壓器油中溶解氣體的來源

變壓器油中溶解氣體的主要來源有空氣的溶解、正常運(yùn)行下產(chǎn)生的氣體、故障運(yùn)行下產(chǎn)生的氣體。一般變壓器油中溶解氣體的主要成分是氧和氮，它們都是來源于空氣在油中的溶解。正常運(yùn)行中變壓器內(nèi)部絕緣油和固體絕緣材料會(huì)緩慢老化。故障運(yùn)行下產(chǎn)生的氣體主要是在熱、電和機(jī)械應(yīng)力的作用下絕緣材料發(fā)生裂解而產(chǎn)生。

2.2 變壓器等設(shè)備產(chǎn)氣故障類型及油中氣體特征

2.2.1 過熱故障。過熱按溫度高低，可分為低溫過熱（150℃以下）、中低溫過熱（150℃～300℃）、中溫過熱（300℃～700℃）和高溫過熱（700℃以上）。熱點(diǎn)只影響到絕緣油的分解而不涉及固體絕緣的裸金屬過熱性故障時(shí)，產(chǎn)生的特征氣體主要是甲烷和乙烯，一般二者之和占總烴的80%以上。當(dāng)故障點(diǎn)溫度較低時(shí)，甲烷占的比例大，隨著熱點(diǎn)溫度的升高（500℃以上），乙烯、氫組分急劇增加，比例增大。當(dāng)嚴(yán)重過熱（800℃以上）時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生少量乙炔，但其最大含量不超過乙烯量的10%。涉及固體絕緣的過熱性故障時(shí)，除產(chǎn)生上述的低分子烴類氣體外，還產(chǎn)生較多的CO/CO2。隨著溫度的升高，CO/CO2比值逐漸增大。

2.2.2 放電故障。放電又可分為局部放電、火花放電和高能量放電三種。電弧放電屬于較嚴(yán)重的放電現(xiàn)象，故障氣體的特征是乙炔和氫占主要部分，其次是乙烯和甲烷。火花放電屬于中等放電現(xiàn)象，故障產(chǎn)生的主要?dú)怏w成分也是乙炔和氫，其次時(shí)甲烷和乙烯。局部放電的主要特點(diǎn)是低能量、低密度，外部表現(xiàn)不明顯，但作用時(shí)間長，H2、CH4等特征氣體會(huì)持續(xù)增長，因此通過油色譜分析可以有效地診斷局部放電故障。這種故障中產(chǎn)生的氫組分最多，其次是甲烷，當(dāng)放電能量高時(shí)，會(huì)產(chǎn)生少量的乙炔。

2.2.3 受潮故障。設(shè)備內(nèi)部進(jìn)水受潮也是一種內(nèi)部潛伏性故障。在設(shè)備內(nèi)部進(jìn)水受潮時(shí)，油中水分和帶濕雜質(zhì)易形成“小橋”，或者固體絕緣中含有的水分加上內(nèi)部氣隙空洞的存在，共同加速絕緣電老化過程，并在強(qiáng)烈局部放電作用下，放出氫氣。另外，水分在電場作用下發(fā)生水解作用，水與鐵又會(huì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，都可產(chǎn)生大量的氫氣。

3 特高壓油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用

3.1 特高壓變壓器（高抗）油色譜在線監(jiān)測裝置閾值設(shè)定

閾值分注意值1、注意值2 和告警值三種，包括乙炔、氫氣和總烴等特征氣體含量、絕對增量和相對增長速率三部分(這只針對油色譜裝置精度滿足要求的情況)，具體要求詳見下表1：

表1 特高壓變壓器（高抗）油色譜在線監(jiān)測裝置閾值

3.2 閾值計(jì)算及處置策略

3.2.1 數(shù)據(jù)采集周期。特高壓變壓器（高抗）油色譜在線監(jiān)測裝置數(shù)據(jù)采集周期應(yīng)不大于4 小時(shí)，當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常增長或判斷設(shè)備內(nèi)部存在缺陷時(shí)，宜將裝置數(shù)據(jù)采集周期縮短至最小檢測周期。

表2 特高壓變壓器（高抗）油色譜在線監(jiān)測數(shù)據(jù)越限后的異常處置原則

3.2.2 計(jì)算公式。特高壓變壓器（高抗）油色譜在線監(jiān)測裝置特征氣體的絕對增量和相對增長速率分別按以下方式計(jì)算：

（1）絕對增量，即每運(yùn)行周產(chǎn)生某種特征氣體的差值，按下式計(jì)算：

3.2.3 參比值取值原則。絕對增量γa和相對增長速率γr中參比值Ci，1指通過計(jì)算得到的裝置對應(yīng)特征氣體含量，按以下原則取值：

（1）正常情況下，參比值取裝置前14 天～前7 天之內(nèi)測量數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值，且計(jì)算前應(yīng)先剔除測量數(shù)據(jù)中的奇異值；

（2）裝置新投運(yùn)或校準(zhǔn)、檢修后恢復(fù)運(yùn)行的：如投運(yùn)或恢復(fù)運(yùn)行不滿14 天，參比值取7 天前實(shí)際運(yùn)行天數(shù)測量數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值；如投運(yùn)或恢復(fù)運(yùn)行不滿7 天，參比值取第1 天測量數(shù)據(jù)的算數(shù)平均值，且計(jì)算相對增長速率時(shí)不折算至周，判斷標(biāo)準(zhǔn)參照表2 執(zhí)行。

3.2.4 越限處理。特高壓變壓器（高抗）油色譜在線監(jiān)測數(shù)據(jù)越限后的異常處置原則詳見表2。

3.2.5 油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)在特高壓實(shí)際應(yīng)用案例。2 月26日，某特高壓站油色譜在線監(jiān)測發(fā)現(xiàn)某線B 相高抗乙炔含量快速上升，突增到4.28μL/L（25 日前一直穩(wěn)定在1.7μL/L 附近），同步離線油色譜測試結(jié)果為3.56μL/L。后續(xù)跟蹤在線色譜數(shù)據(jù)27 日為5.92μL/L，28 日7.04μL/L，29 日11.1μL/（離線數(shù)據(jù)同步增長分別為5.61、7.04、9.84）2020 年02 月26-27 日兩次對某線高抗B 相進(jìn)行現(xiàn)場高頻、特高頻局放、超聲局放以及紅外測溫等帶電檢測工作。放電信號(hào)同時(shí)呈現(xiàn)懸浮放電、絕緣缺陷兩種特征，可能為同一放電源多重局放特征或存在多個(gè)放電源。局放定位分析放電源位于高抗Y 柱區(qū)域。

4 結(jié)論

油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)是換流變壓器等大型充油設(shè)備在不停電條件下故障的早期預(yù)警及快速判斷的重要手段。在特高壓日常運(yùn)維中，確保油色譜在線監(jiān)測裝置正常運(yùn)行，通過對在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析以及結(jié)合帶電檢測等方式對運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行綜合診斷，提高了電網(wǎng)的運(yùn)行可靠性。