超高压输电公司油色谱在线监测装置综合情况分析

高帆，廖建平，陈宇飞

（中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心，广东广州，510663）

0 引言

油中溶解气体浓度分析（DGA）是判断变压器内部故障最为有效的方法之一[1-2]，但实验室色谱检测存在检测周期长、难以连续监测的局限性，往往无法及时发现两次定期取样周期间突发或积累性故障，而油色谱在线监测装置可对变压器油中特征气体进行实时监控，及时发现设备内部存在的潜伏性故障，随时掌握设备的运行状况，判断设备是否运行正常[3]。因此，现如今油色谱在线监测装置的应用广泛，220kV以上电压等级的变压器都普遍安装了油色谱在线监测装置。

1 油色谱在线监测装置应用情况

截止至2020年11月，超高压输电公司已安装的油色谱在线监测装置713台，遍布广东、广西、云南、贵州、海南5个省，涉及13个厂家，各厂家技术原理均有差别，油色谱在线监测装置的关键技术以及各厂家间的差异主要为油气分离技术和气体检测技术[4]。目前，油色谱在线监测装置油气分离的常用方法主要有薄膜/毛细管渗透法、顶空分离法、真空脱气法等，气体检测技术常用方法主要有电化学传感器检测技术、微型热导检测技术等[5]。

2 油色谱在线监测装置比对方法及评判标准

为掌握油色谱在线监测装置的运行状况，配置不同浓度的油样，对该类装置与实验室离线色谱数据[6]进行比对测试。比对测试的项目包括测量误差、测量重复性以及最小检测周期。其中误差试验、测量重复性试验由试验人员现场配置不同浓度的油样开展测试。

本次共抽选10个厂家12种不同型号106台在线监测装置进行测试，基本涵盖目前国内油色谱在线监测装置的所有主要供应商，各厂家装置按实际运行情况进行部分抽选。同一厂家优先抽选不同型号进行测试，同一型号优先抽选不同生产批次进行测试。按照以上的抽选原则选取测试装置，具有一定的科学性和代表性。

根据DL/T 1498.2-2016《变电设备在线监测装置技术规范 第2部分：变压器油中溶解气体在线监测装置》[7]标准中对油色谱在线监测装置误差性及重复性要求，此次测试误差性要求需满足C级标准，测量重复性小于5%。最小检测周期按照油气分离方式的不同来区分评判标准，对于真空脱气方式，最小检测周期应不大于4小时，对于薄膜/毛细管渗透方式，最小检测周期应不大于8小时。

3 测试结果及评价

3.1 不同浓度测量误差性测试

配置低、中两种不同浓度油样，以实验室气相色谱仪（或便携式气相色谱仪）测量结果为基准值，采用在线监测装置测量数据与实验室气相色谱仪测量数据对比分析。计算相对测量误差值和绝对误差值，对照C级标准分析误差值是否满足要求。按照满足要求的比例，各厂家的误差测试情况如图1所示。

图1 装置误差测试结果

从图1可以看出，在低，中不同浓度油样的比对测试下，装置型号是B、E、K、I测量误差性结果较好，装置型号是A、L测量误差性结果较差。

3.2 测量重复性测试

针对同一油样，连续进行6次在线监测装置油中溶解气体成分分析，比较6次测量结果，计算各组分及总烃的相对标准偏差RSD，相对标准偏差值≤5%时，满足要求，按照满足要求的比例，各厂家的重复性测试达标率从13%～100%，具体情况如下：装置型号为K的测量重复性结果最好，达标率达100%，而装置型号为L的测量重复性结果最差，达标率仅为13%。

3.3 最小检测周期

在线监测装置连续工作方式下设置装置参数应与“测量误差试验”和“测量重复性试验”一致，在这个情况下，装置开始工作，记录仪器从本次检测进样到下次检测进样所需时间，记录3次试验时间，计算平均值，作为最小检测周期。

4 在线监测装置存在的问题及建议

从此次测试结果来看，油色谱在线监测装置普遍存在测试数据准确度差、数据波动大的问题，主要原因分析如下：

（1）装置软硬件质量问题突出。受早期技术缺陷影响，部分装置采用的膜脱气、电化学传感器、半导体传感器等存在严重技术缺陷，且装置无免维护设计功能。膜脱气技术，长期使用膜孔堵塞，脱气率将显著下降，需定期进行更换。而电化学传感器，存在寿命短、线性范围窄、温漂及零漂严重等问题，需加强管控，及时对装置进行现场维护。

（2）装置标定不规范。油中溶解气体检测装置属于化学检测装置，其测试数据准确性与标定有直接关系，如果在装置标定方面考虑不周全，缺少标定功能或标定不规范，会导致测试数据准确性低。而且使用标准气体进行装置标定时只能对检测器的输出信号值进行修正，而无法考核脱气部分及分离部分的性能，效果并不理想，如需对装置进行全面的检测，则需借助标准油样，对在线监测装置进行脱气、分离及检测，综合考核。在新装置购置后，装置普遍由一次设备厂家采购供货，部分厂家为节省成本，装置在投运前未进行任何形式的标定，无法准确定量，导致装置投运后问题频出。因此，为了准确定量，提高数据的准确性，建议在装置投运前对装置进行标定。

（3）运行环境的影响。装置通常安装在变压器附近，且长期带电运行，现场运行温湿度、电磁环境等条件非常恶劣，高温可能引起元器件或线缆的老化、热分解、龟裂，电磁阀密封胶的变硬变脆甚至脱落等现象发生。而湿度是造成监测装置金属材料腐蚀的最普遍的因素。特别是高温高湿条件，可能造成金属材料极为严重的腐蚀的现象。各品牌厂家出于成本或者技术因素，大多未能设计内置空调系统，或仅在脱气及检测器等部位安装控温装置。为解决此问题的发生，建议在装置内安装控温装置。

5 结论

目前，油色谱在线监测装置技术还不十分成熟，尤其在长期运行后，装置整体不够稳定，需要投入相当的人力进行维护。从测试结果看，（1）各装置型号在低浓度油样下的测量准确性比中浓度油样下的测量准确性高。（2）装置的油气分离采用真空脱气法或顶空脱气法的脱气方式，检测单元采用微型热导检测器，所得的测试数据更稳定，数据准确性更高。（3）相比于其他，采用膜脱气方式的装置的检测周期要稍长一点。