油中溶解气体在线监测装置数据准确性评估方法的研究

唐 红，郎雪淞，赵君娇，王 南

( 1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006；2.辽宁东科电力有限公司，辽宁 沈阳 110179)

变压器是电力系统中的关键设备，其安全稳定运行直接关系到电网的安全运行，目前国内外高电压、大容量的变压器大多为充油式变压器，在正常情况下，变压器内油纸绝缘材料在热和电的作用下，会逐渐老化和分解，产生少量的各种烃类气体及CO、CO2等气体，这些气体溶解于油中，当存在过热或放电故障时，就会增加这些气体产生的速度及溶解于油中的数量[1]，变压器内部故障类型及严重程度与这些气体的组成和体积分数关系密切。变压器油中溶解气体分析可判断变压器内部故障，监视设备的运行状况，其中气相色谱分析法检测油中溶解气体是最有效的分析方法[2]。

传统的油中溶解气体分析检测方法存在一定局限性，根据DL/T 722—2014《变压器油中溶解气体分析和判断导则》中的要求[3]，电压220 kV及以上变压器和电抗器的检测周期为6个月，电压330 kV及以上变压器和电抗器的检测周期为3个月，定期试验周期较长，无法及时发现变压器内部故障，对需要跟踪分析其发展状况和产气增长速率的大型变压器不能连续监测。油中溶解气体在线监测装置可监测变压器绝缘油中各种气体体积分数，同时将数据传输到状态监测系统中进行实时监测[4]，当气体体积分数超标时可及时报警，能及时掌握设备运行状况，弥补传统的实验室油中溶解气体分析检测方法的不足，为变压器的安全稳定运行和状态检修提供了技术支撑，是保障电网安全可靠运行的重要措施。

油中溶解气体在线监测装置数据的准确性是关键性指标，是运行维护人员关注的重点[5]。对油中溶解气体在线监测装置数据进行全过程评估分析可及时了解装置运行情况，确保装置数据准确可靠。

1 数据准确性的全过程评估方法

对油中溶解气体在线监测装置数据准确性的全过程评估分为投运前评估和运行中评估。评估方法主要有标准气评估法和标准油评估法，油中溶解气体在线监测装置主要由油气分离单元和气体检测单元两大关键部分组成[6]，油气分离单元是将气体从变压器采集到的油样中分离出来，然后将气体送到气体检测单元进行检测。由于油气分离不彻底、传感器灵敏度低、采样油路不合理、色谱柱分离不理想等因素，都可能影响数据准确性，因此，对装置数据准确性的评估应考虑到装置工作所有环节对数据的影响，确保装置各个组成部分均满足运行要求。标准气评估法只能对装置气体检测单位进行校验，忽略了油气分离过程对数据准确的影响，因此该方法具有一定的局限性；标准油评估法是用不同浓度的油样与装置进行连通校验，该方法能够模拟装置真实工作条件，并充分考虑装置的各工作环节，因此选用标准油评估法。

2 数据准确性的评估过程

2.1 油中溶解气体在线监测装置投运前评估

配置不同浓度的标准油样对油中溶解气体在线监测装置进行投运前评估，评估内容包括数据测量误差、测量重复性、交叉敏感性。利用智能检定仪配置4种不同体积比的油样，油样中所含气体成分及体积比应符合下列要求：烃类气体CH4、C2H6、C2H4、C2H2体积分数小于10 μL/L，其中C2H2体积在0.5～1.5 μL/L，1个油样；总烃体积介于10～150 μL/L，1个油样；总烃体积分数介于150 μL/L和最高检测限值两者之间，1个油样； CO体积分数大于1000 μL/L，CO2体积分数大于10 000 μL/L，H2体积分数小于50 μL/L，1个油样[7]。

将智能检定仪与油中溶解气体在线监测装置相连，进行分析测试，取相同油样用实验室气相色谱仪进行分析测试，以实验室气相色谱仪测量结果为基准，按式(1)计算测量误差，每组油样的数据均应满足表1中的测量误差要求，第4组油样数据满足误差要求，则该装置数据满足交叉敏感性要求。

×100%

(1)

表1 检测限值及测量误差要求

配置总烃大于等于50 μL/L的油样，测量重复性的检验是对同一油样，连续进行6次在线监测装置油中气体分析，以总烃测量结果的相对标准偏差RSD应不大于5%[8]。

(2)

2.2 油中溶解气体在线监测装置定期评估

在运油中溶解气体在线监测装置经常出现漏报警、误报警问题，因此需要对在运装置进行定期评估，以提升装置数据准确性，提升应用效果。对于已投运的装置，标准油评估法可分为现场比对法和实验室数据比对法，数据对比时按照装置投运前测量误差标准进行评估。现场比对法需将配置好的油样带到安装现场进行试验对比，适用于安装装置数量不多的情况，实验室数据比对法是利用变压器的定期色谱试验数据进行对比，适用于安装装置数据较多的情况。

3 在线监测装置的数据准确性全过程评估

目前在线监测装置质量参差不齐，对每台油中溶解气体在线监测装置数据进行全过程评估分析可保障装置数据准确性，提高装置应用可靠性。本文以某变电站1号主变油中溶解气体在线监测装置从安装前到运行后的数据全过程分析为例，配置4组油样对该台装置进行安装前数据评估，实验室色谱数据及在线监测装置数据如表2所示，4组油样均满足测量误差及交叉敏感性的要求，对同一油样进行6次数据测量，具体数据见表3所示，利用式(2)计算数据标准偏差，各组分数据均小于5%，满足重复性要求，该装置满足要求，可安装投入运行。

该装置投运后进行运行中评估分析，利用该变压器的定期色谱试验数据，将实验室色谱分析仪检测结果与在线监测装置数据进行对比，具体数据见表4，该满足测量误差要求，并对各组分气体的数据趋势进行对比分析，各组分气体趋势对比如图1所示。

表2 油中溶解气体在线监测装置安装前测试数据

表3 油中溶解气体在线监测装置安装前数据重复性测试

表4 油中溶解气体在线监测装置安装前测试数据

(a)H2气体对比趋势

(b)CH4气体对比趋势

(c)C2H6气体对比趋势

(d) C2H4气体对比趋势

(e)CO气体对比趋势

(f)CO2气体对比趋势

4 结语

对油中溶解气体在线监测装置数据开展全过程评估分析，投运前准确性评估检测，保障产品质量，保证投运的装置数据准确性满足要求，对运行中装置数据准确性定期对比评估，确认运行中的装置数据是否准确可靠，能否有效监测主设备，如果发现数据准确性不满足要求，应及时对装置检修，查找原因并校准装置，保证装置能够发挥监测作用，为电网安全稳定运行奠定良好基础。