姚大川
(国网辽宁省电力有限公司检修分公司锦州运维分部,辽宁锦州 121013)
变压器油色谱在线监测系统典型故障分析
姚大川
(国网辽宁省电力有限公司检修分公司锦州运维分部,辽宁锦州 121013)
近年来,随着电力科学技术的快速发展,变压器油色谱在线监测系统迅速、广泛地应用于电力系统中,变压器油色谱在线监测系统是用于电力变压器油中溶解气体的在线分析与故障诊断,适用于110kV及以上电压等级的电力变压器、电弧炉变压器、电抗器以及互感器等以绝缘油作为绝缘介质的高压设备。变压器油色谱在线监测系统可定量、自动、快速地在线监测变压器等油浸式电力高压设备的油中溶解气体的含量及增长率,并通过故障诊断系统早期预报设备故障隐患信息,避免设备事故,减少重大损失,提高设备的可靠运行。本文对一种应用较为广泛的变压器油色谱在线监测系统典型故障进行了分析。
变压器油色谱在线监测系统 典型故障 气体采样泵
近年来，随着电力科学技术的快速发展，变压器油色谱在线监测系统迅速、广泛地应用于电力系统中，变压器油色谱在线监测系统是用于电力变压器油中溶解气体的在线分析与故障诊断，适用于110kV及以上电压等级的电力变压器、电弧炉变压器、电抗器以及互感器等以绝缘油作为绝缘介质的高压设备。变压器油色谱在线监测系统可定量、自动、快速地在线监测变压器等油浸式电力高压设备的油中溶解气体的含量及增长率，并通过故障诊断系统早期预报设备故障隐患信息，避免设备事故，减少重大损失，提高设备的可靠运行。变压器油色谱在线监测系统可为电力变压器实现在线远程时时分析，为电力系统状态检修提供依据。同时就要求变压器油色谱在线监测系统具有稳定性、可靠性、准确性，如果在线监测系统出现故障，将影响对变压器等电力设备状态的判断。本文对一种应用较为广泛的变压器油色谱在线监测系统典型故障进行了分析。
1 变压器油色谱在线监测系统组成及工作原理
变压器油色谱在线监测系统是指在不影响变压器运行的条件下，对其运行状态进行连续或定时自动监测的系统。变压器油色谱在线监测系统主要分为单组分、多组分气体在线监测两大类，目前使用较多的是多组分气体在线监测。多组分气体在线监测的气体与实验室油色谱分析的特征气体基本一致，主要包括氢气H2、甲烷CH4、乙烷C2H6、乙烯C2H4、乙炔C2H2、一氧化碳CO、二氧化碳CO2，共计7种特征气体(H2O选配)。
变压器油色谱在线监测系统由现场监测单元、主站单元及监控软件组成。现场监测单元即色谱数据采集器由油样采集单元、油气分离单元、气体检测单元、数据采集单元、现场控制单元、通讯控制单元及辅助单元组成。
变压器油色谱在线监测系统工作时，采用真空差压方式将变压器油吸入到油样采集单元中，通过油泵进行油样循环；油气分离单元快速分离油中溶解气体至气室，内置微型气体采样泵把分离出来的气样输送到六通阀的定量管内并自动进样；在载气的推动下，样气经过色谱柱分离，顺序进入气体检测器；数据单元完成数据的转换和采集，处理单元对采集到的数据进行存储、计算和分析，最后通过软件进行数据上传和故障分析。
2 变压器油色谱在线监测系统典型故障分析
2.1 故障前设备运行情况
该变电站电压等级为500千伏，变电站地处辽宁西部朝阳地区，承担朝阳地区大部分符合。该变电站内共有500千伏主变压器6台，单相容量为250000千伏安，安装变压器油色谱在线监测系统6套，2010年安装后一直稳定运行。2013年12月开始，在省公司评价中心查阅油色谱在线监测系统日常数据时，发现500千伏2号主变B相、500千伏3号主变A、C相在线监测数据出现异常，全部6组分特征气体含量均大幅度减少(表1)。分析认为500千伏2、3号主变近期运行正常，且电网运行方式正常，查阅2号主变A、C相及3号主变B相油色谱在线监测数据均正常，判断一次设备无问题，变压器油色谱在线监测系统发生故障。见表1。
2.2 油色谱在线监测系统故障分析
首先检查油色谱在线监测系统后台，排除油色谱在线监测系统软件故障误上传数据的可能。由于数据变化的趋势是突然间改变，且特征气体量是减少的，分析可能为油样采集单元无法采集到定量的油样，导致油中溶解气体含量的变少，经检查油样采集单元油泵工作正常，油样循环正常，排除油样采集单元故障可能。
表1:500千伏2号主变B相、3号主变A、C相异常在线监测数据
检查载气气压，气瓶高压侧、低压测压力表均在正常指示范围内，减压阀位置正确且压力值在正常范围内，故排除因载气不足原因导致油色谱在线监测系统故障的可能。
分析油色谱在线线监测系统的色谱柱是否存在提前老化的情况，样气在经过色谱柱时，无法将样气中各组分气体分离，造成数据异常，经过咨询厂家，认为该站有6套油色谱在线监测系统运行，有3套监测系统的色谱柱同时出现老化的情况可能性极小。
由于在线监测数据是突然变化的、且数据变化范围大，大部分特征气体数据接近0。根据以上数据特征，经综合分析判断:如果油气分离单元无问题，故障原因就是内置微型气体采样泵损坏，无法将分离的特征气体输送到六通阀的定量管内，导致大部分样气没有进入色谱分离柱，所以不能监测到气体组分。在对故障原因做出初步判断后，组织技术人员对油色谱在线监测系统进行检修。首先检查油气分离单元，油气分离单元没有发现任何异常，在拆下内置微型采样泵后，对其进行试验发现采样泵损漏气损坏，导致无法将分离的特征气体输送到六通阀的定量管内，大部分样气泄漏，致在线监测数据发生大幅度改变。
损坏的内置微型气体采样泵，为德国KNF泵业集团制造隔膜液泵，型号为:PML4954-NF30型。其工作原理是一个安装在偏心曲轴上的弹性膜片在电机的带动下，上下往复。使得腔体发生形隔膜原理，实现介质的抽入和排出。
通过对损坏的气体采样泵进行解体，可发现是由于内置微型气体采样泵的隔膜损坏，从而导致从油气分离单元分离出油中溶解的特征气体发生了泄漏，没有气体被输送到六通阀的定量管内并自动进样，所以数据发生突然变化。还有一套油色谱在线监测系统的情况是，气体采样泵的隔膜并未损坏，但发现该型气体采样泵与输送气体管路连接的部分采用的是内螺纹，且材质为塑料，而输送气体的管路材质为钢，存在密封不严的情况，且在运行过程中，金属管路受温度变化发生形变后，已造成该型气泵内螺纹损坏，也会导致从油气分离单元分离出油中溶解的特征气体发生了泄漏。如图1、图2所示。
图1:气泵隔膜正常
图2:气泵隔膜损坏
3 结语
通过对3套变压器油色谱在线监测系统的检修，发现了导致变压器在线监测数据发生变化的原因。
(1)虽然是由于采样气泵隔膜的损坏，导致变压器油色谱在线监测装置数据发生了异常。但采样气泵隔膜的损坏是由于未按照气泵参数设置采样量而致采样气泵过符合工作，造成隔膜发生损坏，要要求变压器油色谱在线监测制造商设置合理的采样量。
(2)由于该500千伏变电站，地处辽宁西部朝阳地区，该地区昼夜温差大，冬季寒冷、夏季炎热，该型采样气泵的隔膜材质是否能够承受气温变化对其造成的影响，建议在冬季，可为采样气泵采取保暖措施，延长采样气泵使用寿命，其他兄弟单位也存在采样气泵损坏问题，可认定该缺陷为变压器油色谱在线监测系统的典型故障。
(3)随着大量变压器油色谱在线监测系统进网运行，要加强在线监测系统管理工作，在出厂验收、现场安装、试运行等各个环节加强管理，从而保证在线监测系统能够长期可靠运行。
[1] Q/GDW 538-2010国家电网公司企业标准.变电设备在线监测系统运行管理规范.国家电网公司,2011-01-28.
姚大川(1984—),男,国网辽宁省电力有限公司检修分公司锦州运维分部电气试验管理,工程师/技师。
