油色谱在线监测装置故障类型及处理方式

尹 龙，朱遥远，洪 亮，谈 杰，黄晓峰

（国网浙江省电力有限公司金华供电公司，浙江 金华321000）

主变油色谱在线监测装置对变压器油中气体含量进行实时监测，将监测数据进行分析，最终将分析结果通过通信装置反馈到后台，智能评估变压器内故障缺陷，保障变压器安全运行的高效辅助装置。其关键技术已成熟，如文献[1-4]探讨了气相色谱原理、薄膜渗透技术和红外光谱三种原理的色谱装置的评估。大数据大物联智能化变电站的建设，在线监测装置现已在国内外得到广泛应用，也有许多文献对油色谱在线监测装置实际运用的优劣评估，如文献[5-7]将离线数据与在线数据进行对比分析评估在线监测的效果，虽然有文献对在线和离线数据进行对比分析，大都讨论两者之间的差异，探讨在线数据的不可靠性。然而实际中，油色谱在线监测装置已大量投入使用，但很少有文献探讨过在线监测装置在使用中存在的故障情况，文献[8]讨论了油色谱装置中传感器的有效性评估，探讨了传感器故障导致不同类型的数据问题。文献[9-10]从检测原理、检测器温度、产品质量、安装方式等方面分析了测量误差偏大的原因。文献[11-12]介绍了油色谱在线监测装置的使用现状，仅概述其优缺点等。然而该装置使用多年来，对于油色谱在线监测装置的问题归类及处理方式的研究几乎没有。

在实际应用中，在线监测装置出现的故障众多，且故障重复不断，日常维护工作繁多。本文主要通过对我局管辖的110kV和220kV共290台油色谱在线监测装置近3年内的故障数据进行分析汇总，结合现场实际处理情况，探讨了该类装置主要的故障类型、故障发生率等，最后通过实际案例，从数据统计、数据差异和故障现象分析，制定一套现场消缺流程，总结出一套高效的处理措施，为设备安全运行提供保障。

1 成套油色谱装置的组成

油色谱在线监测装置主要有气相色谱原理、薄膜渗透技术和红外光谱原理三种，已有大量文献对此三种技术进行了深入地对比分析研究，如文献[1-2]，此处不再叙述。本文主要对本地区范围内的油色谱在线监测装置的类型及其故障程度作出研究。

本地区总共有292台色谱在线监测装置，其中气相色谱原理的290台，薄膜渗透技术的2台，红外光谱原理的0台。

由于气相色谱原理的在线监测装置发展相对成熟，与离线色谱原理相同，被广泛使用，因而在应用上占据绝大部分，本文重点讨论气相色谱原理的油色谱在线装置的缺陷情况。

如图1所示，成套油色谱在线监测装置由CAC在线监测屏柜和现场色谱装置两部分组成，CAC在线监测屏柜主要起到数据存储、分析和与后台应用传输的作用，现场色谱装置用于油色谱试验与离线气相色谱仪原理类似。其中CAC在线监测屏柜内包含：UPS电源、交换机、液晶显示器、CAC主机。现场色谱装置主要包含油路部分、气路部分、油气分离模块、气体分离模块和信号处理主控单元。各模块的原理作用介绍详见文献[2]。

图1 成套油色谱在线监测装置组成

2 故障类型与处理方法

本节根据实际工作将遇到的故障进行数据挖掘并整理归类，并总结出一套故障分析思路及处理方法。

2.1 故障类型

根据油色谱在线监测装置的结构组成，可以发现故障会出现在其主要结构部分和网络通信部分。然而各部位发生故障的概率不同，如图2所示，根据3年内的故障数据统计，可看出，CAC主机故障发生概率近43%；其次是信号处理主控单元中的数据上传模块，发生故障的概率达到30%；油路部分故障概率3%，主要是渗漏问题；气路部分10%，多为欠气压问题；网络通信故障12%。

图2 各部分故障概率

通过对近3年的数据进一步地分析归类，无论是CAC在线监测屏柜还是现场色谱装置，其主要故障可归类为通信中断、数据异常两种情况。具体情况如表1所示。根据多年的数据总结，通信中断缺陷占总缺陷的42%，数据异常占45%，载气欠压占10%，渗漏油3%。

本单位有290台装置，但是每年消缺数量达到700条，平均每台装置每年故障次数为2.5次，除去欠气压和渗漏油故障外，相当于每年每台装置会出现1～2次数据异常或者是通信故障的情况，故障频率相对较高。

2.2 处理方式

针对归纳出的缺陷情况（见表1），通过长期消缺经验总结出以下的处理方式：

表1 故障类型

（1）CAC通信中断无法远程连接：该故障绝大多数情况是主机死机或者软件崩溃，常现场重启CAC电源即可恢复；如若重启仍然无法远程连接，检查CAC主机是否正常，检查交换机、通信线路有无问题。

（2）油色谱装置通信中断：此缺陷为通信出现问题，一般有CAC到后台光纤和油色谱装置到CAC段出现问题。CAC到后台出现问题一般后台无法查看到CAC，如果是油色谱装置到CAC段问题，则表现为后台能查看到CAC，但其数据停留在某一天不变，同时现场色谱装置内是更新的数据。出现问题的部位多在接口处、光纤穿孔穿墙等弯折处。

（3）数据全为0：多发生在现场色谱装置处，一般是该装置进行了采样，但分析后的数据未能正确上传到后台，色谱进样装置、数据上传模块等出现问题。

（4）数据不变：CAC后台数据虽然在更新，但数值完全没有改变，多为数据上传模块出现故障和软件程序出现絮乱。

（5）数据超过告警值：收到的缺陷单中多为H2超标，离线色谱正常，多为油路循环系统出现堵塞问题导致死油进样。还有原因是在线装置运行时间久后会出现不准确的问题极大，需厂家到现场修正数据。

（6）数据串通道：此问题自然发生的概率极小，多为厂家现场维护时搞错信号通道，导致多台主变的数据混乱。一般现场更改通道即可。

（7）数据时有时无：该情况比较特殊，也是极少会发生。第一笔数据正常，第二笔数据异常，第三笔正常，第四笔异常，形成隔天告警的情况，内部软件程序絮乱，这是数据处理上传模块或者脱气单元出现了问题。

（8）载气欠压：载气用尽，需更换。目前用到的载气有高纯氮和高纯空气，一瓶8L的载气可用2年左右。

（9）渗漏油：多发生在管路接头处,应定期检查，绝大多数的渗漏油情况是由于螺帽松动或者内部的橡皮圈老化造成的。

3 案例分析

本地区220kV倪宅变#3主变于6月份更换且热油循环滤油处理，离线油色谱合格，在线油色谱合格，然而从10月16日开始出现异常，从表2、表3和表4中数据可看出其出现的状况有以下几种表现：

表3 离线数据

（1）数据时有时无，第一天故障而第二天故障自行消失，该情况反复出现。

（2）数据全为0和部分数据丢失为0。

（3）数据阶跃离谱，10月17日的CH4量相较于16、18日的太过离谱。

（4）10月份在线数据与离线数据近似，数据较为准确，然而到11月份，虽然故障消除，烃类气体值区别不大，但H2相差较大。

此种异常数年来第一次出现，询问厂家后得知全省数年内都未遇到过，特别是反复出现第一天数据全为0，第二天自行恢复正常的现象。现场消缺时最先判断是软件程序出现絮乱，然而升级软件后多次运行，仍然出现该种问题。

根据数据时有时无这种情况，可以发现，油能正确采样，说明油路模块没有问题，数据处理后能上传成功，证明信号处理主控单元没问题。从表2数据可发现两种问题：某天数据全为0和部分数据为0，判断是脱气不够充分造成的，最后更换脱气单元现场手动运行多次后，故障被排除。在线装置内的色谱柱等长期未更换，老化灵敏度降低等，导致数据缺陷问题较多。

表2 在线数据

而CH4偏差的情况，根据文献[8]分析判断，多为传感器的数据采集部分受到强电磁干扰而发生的精度失真造成的。消缺后的在线数据如表4，基本趋于稳定，但H2与离线数据偏差较大，与真实值之间存在固定的偏差，可能气体检测单元老化等造成的固定偏差故障。

表4 消缺后在线数据

4 结论

本文通过对本地区290台设备3年内的故障数据进行分析，探讨了成套油色谱在线监测装置的组成，根据其组成和实际工作中的积累，总结出了该装置的故障类型，并对故障发生频率进行统计，最后针对该类故障，总结出以下结论：

（1）室内屏柜中CAC装置质量主机较差，经常出现死机状态，需现场重启才能恢复正常，建议应用单位安装新设备并选用质量较好的主机。

（2）需到现场维护的故障主要是数据异常故障，不同类型的数据异常有着对应的处理方式，极少情况出现特殊异常，多发生在室外色谱装置处。

（3）该类装置的故障几乎全为固体硬件的故障，反映出了厂家所用材料及制造工艺方面的不足，建议选购时对各厂家设备进行综合考虑。由于故障多，且复发性较高，后期维护耗时耗力，同时每年维护费用巨大。建议与厂家签订协议，如更换部件后一年内不得再次出现同一问题，如再出现则厂家需自行承担费用，避免劣质部件的出现。

（4）要确保运行的在线数据与离线数据相近，还应保证色谱柱的定期更换。

未来将考虑天气、湿度、温度、采样周期等，通过大数据分析技术，探讨各类条件与油色谱在线监测装置准确性、故障情况之间的函数关系，为设备安全运行提供保障。