变压器油中溶解气体在线监测装置在东莞供电局的应用

钟志芳

摘要：油中溶解气体气相色谱分析是变压器内部故障的重要检测手段。随着电网的发展和运行电压的提高，油中溶解气体气相色谱分析技术不断改进，由常规的色谱分析方法到目前采用的在线监测，从根本上发生了质的飞跃。文章针对东莞供电局目前使用油在线监测有奥特讯KG2000A、中能电力科技开发有限公司生产的 Hydran201i型（简易型DGA）和中分3000型在线色谱仪（全组分DGA），详细介绍变压器油中溶解气体在线监测系统的原理、结构，并分析其在东莞供电局变电站实际应用中的情况。

关键词：变压器；油中溶解气体；在线监测

中图分类号：TM406文献标识码：A文章编号：1006-8937（2011）22-0030-02

随着我国经济的快速发展，电网容量逐渐增大，电压等级也随之提高，设备故障所产生的影响也相应增大。作为变压器是在电力系统中最重要、最昂贵的设备之一，其运行状态的安全与否直接关系到整个电力系统的安全性和经济性。因此，随时检测变压器绝缘油中的气体，及时发现变压器内部故障的第一手资料，是保障供电可靠性的重要手段之一。

常规的油色谱分析法是基于实验室的分析技术，通过现场采取油样后在实验室定期进行分析。其缺点是在取油样周期间隔中，无法对变压器油中气体进行实时有效的监测，对某些发展比较快的突发故障就成了漏网之鱼，造成不必要地损失。而且在取样试验过程中环节比较多，存在较大的人为误差，影响其数据的准确性。变压器油中溶解气体在线监测装置的使用有效地解决试验室油样分析的限制，既可及时发现变压器内部潜伏性故障，又可以监控变压器运行中油色谱数据的变化规律，大大提高了变压器的运行可靠性和安全性。

1油色谱在线监测装置的工作原理

1.1系统功能分类

①单组分监测系统。仅对油中溶解的单组分气体或某几种气体成分总量作检测。我局采用的有中能电力科技开发有限公司生产的 Hydran201i型，深圳奥特迅传感技术有限公司生产的TransPro KG2100A、2100B。

②多组分监测系统。对油中溶解的多个气体成分作定量检测。我局采用的有河南省中分科技有限公司生产中分3000型变压器油中气体在线监测装置。

1.2系统组成

油色谱在线监测系统一般由油气分离单元、气体检测单元、数据分析单元和数据传输单元。

①油气分离单元。由于气体检测器一般不能和变压器油直接接触。当前各种在线监测系统的油气分离方法主要有：机械震荡分离法、真空脱气分离法、透气膜分离法。前两种多与实验室采用的方法一致，主要用于多组分油在线监测装置，如河南省中分科技有限公司生产中分3000型。后一种多用于单组分的油在线监测装置，如：中能电力科技开发有限公司的Hydran201i型和深圳奥特迅传感技术有限公司生产的TransProKG2100A、2100B。

②气体检测单元。将油气分离单元脱出的油中溶解气体在气体检测单元完成转换。检测单元通过直通管与气体分离单元相连，油中渗透出来的混合气体经色谱柱分离后，再经传感器，则得到各种气体的含量：氢气（H2）、一氧化碳（CO）、甲烷（CH4）、乙烯（C2H4）、乙烷（C2H6）、乙炔（C2H2）和二氧化碳（CO2）。单组分的油在线监测装置常采用燃料电池等方案。

2各类在线监测装置的运行情况（截止2010年底）

①河南省中分科技有限公司生产的中分3 000型变压器油中气体在线监测装置。

该设备可分别检测七种主要故障特征气体的浓度，采用传统的色谱柱在线监测，相当于实验室的微型版，测试数据与离线试验数据接近，能直接反应变压器油内部的真实情况。但由于它是离线实验室的微型版，采用的辅助设备较多，需载气和一些消耗品，因此一般情况要求每两年更换一次载气，再者它在室外，环境较现实的实验室恶劣，因此对各种零件的损坏比较大，要多采用耐高温，抵寒冷的材料。虽然如此，随着仪器的运行时间推移，其暴露问题也逐渐增多，仅2010年河南中分3 000就出现了15次故障，故障率为35.7%。故障主要有二个，其一为设备软件问题，如出现3次客户端软件数据不更新，需现场重启仪器后方能恢复正常，还出现软件参数设置问题，需修正软件参数后才可正常。其二为设备硬件故障，主要为仪器无线模块、主板、电路板或电源板烧坏（出现5次），另一个为设备油路回油阀、电磁阀漏油，需更换或维修。

②中能电力科技开发有限公司生产的Hydran201i型变压器油中气体在线监测装置。

该设备由于是通过一种具有选择性的渗透膜进入电化学气体监测器内，再经过电化学反应，产生一个与反映量成比例的电信号，可检测主要故障特征气体的复合浓度—氢气（H2）、一氧化碳（CO）、乙炔（C2H2）和乙烯（C2H4），反应出变压器内部油的变化趋势。它所需辅助设备少，因此日常的维护工作较少。但由于它是一种复合气体，要经进系数（渗透膜的渗透系数）的转换，才能算出各种气体的具体数值，因此它与实验室离线色谱数据有一定的差距。同时，它要求渗透膜的技术含量很高，一要渗透性强，要求传递过来的气体能充分反应变压器油中气体的含量。二是要求隔离性强，保证变压器的油不会因此泄漏、污染。该设备目前出现的问题是：稳定性较差，故障类型的多样性，有传感器损坏，误报警、通讯故障等，2010年中能公司的在线监测装置共发生误报警、故障3台次，故障率为20%。主要为500 kV横沥站出现通讯故障，调整通讯装置后恢复正常，还有一宗为传感器渗透膜损坏需更换，另一宗为设备数据处理模块I/O损坏。

③深圳奥特迅传感技术有限公司生产的TransPro KG2100A、2100B、KG3100A型油中气体在线监测装置。

它也是采用透气膜分离法，利用气体渗透膜透气性和气体在燃料电池电极上发生电化学反应，再把化学信号变换为电信号。在安装使用前期，也出现设备升级，元件损坏情况，到后来逐渐稳定。在2010年内未出现故障情况。其缺点是，该设备的测量数据也为复合浓度，未能达到试验数据直观的目的。故障分析能力一般，对故障类型无法直接判断。

④实例应用，主要通过以下实例应用前的问题以及应用的效果加以说明。

其一，220 kV立新变电站#2主变为奥地利VA TECH伊林电气公司生产，2000年4月投入运行，该主变自投运以来运行状况良好，在油色谱分析中未见异常。在2007年10月9日，实验室油色谱分析发现总烃含量增速加快，含量达到94.85μL/L。于是加强对＃2主变的运行监控，缩短了试验周期，由原来的每半年一次预试，改为每月跟踪试验。在2008年4月，在#2主变安装了河南中分3000色谱在线监测系统，对其进行实时监控。经对比，两者数据基本一致。这时，为了更好地实时掌握油色谱试验情况，我们采用在线监测装置代替离线油色谱跟踪试验。到2009年6月22日，我们从在线监测装置看到，总烃含量突增为238μL/L；到6月26日，短短的四天时间，总烃又增到301μL/L。经现场多方面调查，我们初步考虑为变压器过热性故障，建议变电站降低负荷一半，并随时留意数据变化。同时，将＃2变油在线监测装置试验周期改为每日三次。由于故障分析准确，采取地措施得当，在迎峰度夏期间，#2主变油色谱总烃数值稳定在300μL/L左右。2010年1月，为避免220 kV立新站#2主变潜在的安全运行风险，我们将#2主变更换并返厂吊心检查，发现：＃2主变变高A、B相出线处的导线没有接直，形成弯曲搭接现象，导致弯曲搭接部分形成了分流，而搭接部分又严重接触不好，长期发热，导致出线断股现象。所以在变压器负荷增大时，过热性故障更明显。实践表明，变压器油中溶解气体在线监测系统检测的数据是可靠的，由此进行的故障性质及故障发展趋势的判断是准确、及时的。

其二，500 kV东莞站#1主变A相在2006年5月第一次在实验室检测出含有微量乙炔0.2μL/L，后加装中能电力科技开发有限公司生产的Hydran201i型变压器油中气体在线监测装置进行跟踪监测，以减少离线油色谱跟踪试验次数，现数据趋于平稳。

其三，目前，我局在所有500 kV变电站加装油在线监测装置。在2010年我局生技部明确，对已安装油在线监测装置的变压器，且在在线监测装置正常的情况下，可取消迎峰度夏期间，对500 kV主变每月取油样进行实验室分析的预试计划，按正常油预试周期（每三个月一次）进行。这极大地减轻了我们试验人员工作量。

3油在线监测装置的发展前景

在当今“以人为本”的社会中，在线监测技术是未来发展的方向。变压器油中溶解气体在线监测技术弥补了实验室对绝缘油进行定期取样和分析的不足，它可以对设备实现连续监测，其检验周期可以达到数分钟一次，利于发现变压器内部早期故障的发生和演变过程，让潜伏性故障无所遁形。这样，既可以减少人工测量所需的工作量，又可减少故障漏报的风险和损失。目前在线监测技术虽然与实验室油中溶解气体分析技术相比仍有一些差距，设备缺陷故障维护方面动用的人力较多，但我们相信，在不久的将来，在线监测技术的不断成熟，它将取代人工定期取样化验分析，逐渐实现以在线监测为基础的状态检修，大大降低人力、物力。

参考文献：

[1] DL/T 722-2000,变压器油中溶解气体分析和判断导则[S].