变压器油中溶解气体在线监测存在的问题及解决策略分析

摘 要：变压器油中溶解气体在线监测是目前广泛研究的课题，其是基于传统的试验室气相色谱分析法发展起来的，在目前的应用过程中还存在的一些问题，文章结合实际工作经验，在分析这些文章的基础上，提出变压器油中溶解气体在线监测发展策略，具有一定的参考价值。

关键词：变压器；油中溶解气体；在线监测

中图分类号：TM407 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）17-0097-02

变压器作为电力系统中的重要组成部分，其安全性、稳定性和可靠运行直接对电力系统正常运行产生重要影响。目前，大型变压器基本上以高压油浸式变压器为主，此类变压器的主要绝缘介质为绝缘油，当然绝缘性能就直接与绝缘油的指标系数相关联，直接影响着变压器的安全运行。另外，绝缘油中含有固体有机绝缘材料，随着变压器的长期运行，不可避免会变质老化分解出少量的CO、CO2等气体，这类气体存在于变压器内部会导致变压器局部过热、局部放电以及电弧放电等故障的产生，并且气体的数量会不断增加，会对变压器产生更严重的破坏，同时，扩散过程中溶解于油中。因此，通过对油中溶解气体的监测，分析出气体成分、含量及产气速率，从而有效判断出变压器的绝缘状况，如劣化程度、故障种类等，这就使得油中溶解气体测定成为了近年来不断重视和广泛研究的课题，也成为了目前保证变压器可靠、安全、经济、高效运行的关键举措。自20世纪60年代以来，变压器油中溶解气体测定方法一直以气相色谱分析法为主，发展至今，已有传统的试验室气相色谱分析转变为基于现场的在线色谱监测，并且在线监测已逐步成为试验室色谱试验的有力补充，但从目前该方法发展现状来看，还存在诸多的问题，有待进一步完善，这正是本文所研究的重点。

1 变压器油中溶解气体在线监测存在的问题

归纳而言，目前变压器油中溶解气体线监测存在的问题主要来自于气相色谱法以及在线监测本身。

1.1 气相色谱法存在的问题

早在规范GB/T 17623-1998中已经明确了气相色谱法作为油中溶解气体测定中的主要方法，通过笔者的长期工作经验的总结以及诸多试验数据的统计分析，运用气相色谱法进行试验，虽然能够有效的对变压器进行日常监督和故障判断，但基于在线监测而言，还存在一些问题，主要表现在以下两个方面。

①在线性不强。由于气相色谱法主要是基于实验室而开发的，从取样到试验得出结果一般要经历一段时间，得到的数据也成为了一种历史数据，因为变压器的运行状态和运行环境时刻都在发生变化。此外，在各环节中样品也存在着诸多的不稳定性，势必影响样品的代表性。特别是对于突发性故障，色谱实验法很难及时扑捉到故障发生的即时数据。因此气相色谱法整个过程还处于非在线状态。

②误差较多。不同的气相色谱实验室在设备方面存在检测器响应值、操作温度、流速等差异，再加上试验人员技术水平的参差不齐，必然会引起定量分析中的系统误差，一般用偏差来衡量，规范中规定实验室间的偏差不大于30%，这个数值使得实验室间数据相互借鉴的价值不高，也就很难用其它实验室的数据来检验自身的误差了。同时，仪器状况的波动和环境的变化也会带来随机误差，从而影响测定结果。

1.2 在线监测存在的问题

目前，在线监测系统已在各500 kV变电站得到推广和应用，从总体使用情况来看，在线监测系统与传统实验室法相比，具有和变压器运行同步性的优势，排除取样及运输的干扰，其趋势基本和离线数据一致，在一定程度上可以作为一种判断设备状态的补充手段，但仍存在较多问题。

①管理问题。首先，油中溶解气体在线监测装置管理及检验检测标准体系尚未建立，在线设备也存在状态参差不齐的状态。在笔者最近一次几个变电站的调查中，在线设备正常运行率仅有65%，且在线设备的运行维护并未纳入生产体系管理之中，数据采集和整理工作仍处于计划工作之外。其次，在线监测技术总体覆盖率较低，500 kV主变油中溶解气体在线监测设备覆盖率仅20%，相对于变电站主变数量来说太少，无法形成有效的监督规模。再次，现在使用的油中溶解气体在线监测设备一般都具有报警功能，但这种报警一般传送到变电站后台终端，由运行人员接收，再传达给检修人员处理，整个过程时间较长，而且报警信息缺乏一定的准确性和针对性。最后，变压器油中溶解气体在线监测装置差异较大，导致了测试结果存在较大差异。没有建立一个客观公正的评价平台，实现对在线监测装置的校验和审查。

②技术问题。首先，通过对变压器油中溶解气体的监测发现，新投500 kV设备的C2H6、C2H4、C2H2的含量一般为痕量，甚至为0。由于含量偏低，所以对于测量仪器的测量灵敏度要求高，现有气相色谱检测方法的检测灵敏度可以满足要求，能够测出痕量气体组分，但在线监测装置对痕量C2H2组分检测效果比较差，其检测范围一般为0.5 uL/L，对于过小的含量只能测定为0。其次，油中溶解气体在线监测装置需要使用高纯氮气作为载气气源，且一般使用的是气瓶气体，需要受到钢瓶中的氮气量的限制。一旦钢瓶中的高纯氮气用完或压力不足就无法进行检测，难以满足连续监测变压器状况的要求。最后，数据仅仅停留在基础层面。目前色谱在线监测装置的数据分析处理软件系统，一般只提供数据的查询、注意值判断以及二比值等基本分析功能，无法和试验室离线数据联合判断，缺乏对数据的横、纵对比，不符合相关规范关于对数据进行深层分析，从而发现设备潜在缺陷的要求。

2 变压器油中溶解气体在线监测存问题解决策略

变压器油中溶解气体测定中，在线监测装置无疑是弥补气相色谱法非在线性的最佳选择，二者的有机结合既可以规避气相色谱法在突发性故障监测方面的弱点，又可以弥补在线数据可比性不高的缺陷，可以通过在线监测及时掌握设备最新数据走向，在数据超出设定时及时预警，为进一步安排实验室色谱分析提供参考。同时，一旦发现存在潜伏性故障，还可以在进行实验室色谱跟踪的同时，通过在线监测装置密切监视故障发展速度，弥补气相色谱在故障发展监测上的不足。

2.1 提高气相色谱实验室分析法的准确性

实验室方法作为数据收集的基础方法，也是故障判断的仲裁方法，其数据准确性有着重要的影响，因而要尽可能降低气相色谱法的误差，使其达到作为基准数据应具有水平，误差主要分为系统误差和随机误差两种，系统误差主要通过以下措施来减小。

①对气相色谱仪进行定期校正，分别进行基线、单组分和多组分色谱峰的检查，确定仪器的精度和准确性，以消除仪器自身带来的系统误差。

②通过比对选择，使用高纯载气和统一配置的标准气体，从而保障了气源的合格性，消除了气源带来的误差。

③采用带有进样标卡的注射器进样，保证进样量的准确性和重复性。在标准气体进样之前，放掉标气气瓶的死体积，进完标定样品，用载气充分冲洗注射器，以空白试样检测标气组分确无残留，即不会出现组分色谱峰。转移气体时使用双针头，并保证存放气体的注射器无样品残留。

以上做法可以排除操作引入的系统误差，随机误差是不可测也不避免的，它是随机变动的因素带来的误差。但是由于随机误差的正负具有对称性，所以在气相色谱分析中，可以先后测定三针标准气体，通过浓度得出相应校正因子，并计算其算术平均数，用来校正试验中样品的数据。这样可以使校正因子近似于真实值，最大限度的减少偶然因素对测定结果的影响。

2.2 建立变压器油中溶解气体管理平台

油中溶解气体分析采用的不同方式，最终根结于数据的汇集和整合，分散的数据状态无法适应状态检修数据收集的需要，也不利于实现状态分析的最终目，因此必须建立一个变压器油中溶解气体管理平台。色谱试验数据和在线试验数据通过数据接收器汇集到监督管理平台的数据库内，进行数据的统一管理，方便使用计算机专家辅助判断系统，对数据进行分析判断。建立监督管理平台经行数据分析的另一个目的是确认设备状态，从而推行不同的检修方法。对于实验室色谱试验结果评级在I级的设备可以釆用延长实验室色谱试验间隔，观察在线数据变化的检修安排方式。II级的设备仍要采用一个月一次的实验室色谱试验周期，并通过在线数据进行跟踪监督。III和IV级设备则需要缩短实验室色谱试验间隔，密切跟踪故障进程。

2.3 提高对痕量烃类组分旳检测灵敏度

通过笔者日常工作中对变压器油中溶解气体的监测发现，500 kV设备正常运行下的C2H2含量一般为0 uL/L，少数设备含量为痕量；35 kV变压器C2H2含量也在luL/L左右。由于C2H2含量偏低，所以对测量仪器测量灵敏度提出较高要求，现有气相色谱检测方法的灵敏度基本可以满足要求，但在线监测装置对痕量C2H2分组分检测效果且比较差。

影响油中溶解气体在线监测装置检测灵敏度的因素很多，其中最主要的因素为检测器的检测灵敏度，目前气体组分检测的传感器主要包括热导式传感器、氢焰检测器、半导体传感器等，这几种传感器在性能方面都存在着诸多问题，氢焰检测器可检测气体种类少，载气单一；热导式传感器灵敏度低，以进口高纯氦作载气，在试验室条件下也只能检测出5 uL/L以上的C2H2；半导体气敏传感器虽然适应测量低浓度气体组分，但反应输出非线性，响应速度慢，易出现拖尾现象。目前新型的纳米晶半导体传感器基本可解决以上问题，以提高灵敏度。

由于变压器油脱气后，各气体组分在气室中的浓度是油中浓度的17倍之多，而乙炔在气室中的浓度则为油中浓度的90%。因此，不能单一使用放大倍数来对待气体组分，不然当乙炔检测分辨率达到要求时，氢气峰可能已经饱和了，对于这种问题可以采用复合增益控制技术加以解决，以保证低浓度烃类的检测灵敏度。

除此之外，灵敏度还受检测系统的基线噪声、基线漂移、油气平衡、载气纯度等因素的影响，这些因素也需要加以关注。

3 结 语

通过文章的分析可以看出，变压器油中溶解气体在线监测中，要想真正发挥在线监测的优势，数据的准确性是未来研究过程中迫切需要解决的问题，随着半导体技术、气敏传感技术以及计算机技术的发展，相信在线监测技术的应用会不断成熟，更加广泛。

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