油色谱在线监测系统在特高压变电运维的应用

油色谱在线监测系统在特高压变电运维
的应用
摘要：在特高压变电站中，注油设备众多，如变压器、换流变压器、高抗等，油色谱在线监测系统成为运行人员分析油浸式设备是否存在问题的一个有
效手段，从故障类型及气体特征来分析，并总结平时遇到此类事件的处理方法，
提出可行性建议措施，为油浸式设备的运行与维护提供帮助。

关键词：变电运维；油色谱；在线监测系统；应用
随着社会的发展，对电力的需求也不断扩大，电网的设备也在不断的增加，变电运维的压力也不断增大，如今随着局放在线监测、油色谱在线监测、SF6
在线监测等一系列智能辅助系统的应用，可以辅助我们及时发现隐患，并扼杀
在摇篮之中。

本文将分析油色谱在线监测系统在特高压变电运维的应用。

1 油色谱在线监测系统在特高压变电站中应用的重要性
特高压变电站变压器、换流变、高抗等注油设备众多，变压器油作为绝缘
和散热介质，在运行过程中，变压器油和设备中的绝缘材料在电场与磁场的作
用下，会逐渐老化和分解，产生一氧化碳、二氧化碳、氢气以及少量低分子烃
类等气体，并溶解于绝缘油中。

当存在隐患或者故障时，这些气体会迅速产生，通过油色谱在线监测系统的定期检测，运行人员可根据微小的气体含量变化以
及新增的气体，来判断设备的运行状况，并结合带电检测等手段合密切监视气
体发展情况，做好综合分析处理。

2 变压器等设备故障诊断相关知识
2.1 变压器油中溶解气体的来源
变压器油中溶解气体的主要来源有空气的溶解、正常运行下产生的气体、
故障运行下产生的气体。

一般变压器油中溶解气体的主要成分是氧和氮，它们
都是来源于空气在油中的溶解。

正常运行中变压器内部绝缘油和固体绝缘材料
会缓慢老化。

故障运行下产生的气体主要是在热、电和机械应力的作用下绝缘
材料发生裂解而产生。

2.2 变压器等设备产气故障类型及油中气体特征
2.2.1 过热故障。

过热按温度高低，可分为低温过热（150℃ 以下）、中低温过热（150℃～300℃）、中温过热（300℃～700℃）和高温过热（700℃以上）。

热点只影响
到绝缘油的分解而不涉及固体绝缘的裸金属过热性故障时，产生的特征气体主
要是甲烷和乙烯，一般二者之和占总烃的 80%以上。

当故障点温度较低时，甲
烷占的比例大，随着热点温度的升高（500℃以上），乙烯、氢组分急剧增加，
比例增大。

当严重过热（800℃以上）时，也会产生少量乙炔，但其最大含量不
超过乙烯量的 10%。

涉及固体绝缘的过热性故障时，除产生上述的低分子烃类
气体外，还产生较多的 CO/CO2。

随着温度的升高，CO/CO2 比值逐渐增大。

2.2.2 放电故障。

放电又可分为局部放电、火花放电和高能量放电三种。

电弧放电属于较严
重的放电现象，故障气体的特征是乙炔和氢占主要部分，其次是乙烯和甲烷。

火花放电属于中等放电现象，故障产生的主要气体成分也是乙炔和氢，其次时
甲烷和乙烯。

局部放电的主要特点是低能量、低密度，外部表现不明显，但作
用时间长，H2、CH4 等特征气体会持续增长，因此通过油色谱分析可以有效地
诊断局部放电故障。

这种故障中产生的氢组分最多，其次是甲烷，当放电能量
高时，会产生少量的乙炔。

2.2.3 受潮故障。

设备内部进水受潮也是一种内部潜伏性故障。

在设备内部进水受潮时，油
中水分和带湿杂质易形成“小桥”，或者固体绝缘中含有的水分加上内部气隙
空洞的存在，共同加速绝缘电老化过程，并在强烈局部放电作用下，放出氢气。

另外，水分在电场作用下发生水解作用，水与铁又会发生电化学反应，都可产
生大量的氢气。

3 特高压油色谱在线监测系统应用
3.1 特高压变压器（高抗）油色谱在线监测装置阈值设定阈值分注意值 1、注意值 2 和告警值三种，包括乙炔、氢气和总烃等特征气体含量、绝对增量和
相对增长速率三部分(这只针对油色谱装置精度满足要求的情况)。

3.2 阈值计算及处置策略
3.2.1 数据采集周期。

特高压变压器（高抗）油色谱在线监测装置数据采
集周期应不大于 4 小时，当监测数据出现异常增长或判断设备内部存在缺陷时，宜将装置数据采集周期缩短至最小检测周期。

3.2.2 计算公式。

特高压变压器（高抗）油色谱在线监测装置特征气体的绝对增量和相对增
长速率分别按以下方式计算：
1.
绝对增量，即每运行周产生某种特征气体的差值，按下式计算：
γa=Ci，2-Ci，1 （1）
式中：γa——绝对增量，μL/L·周；
Ｃi，2——装置对应特征气体的实时测量数据，μL/L；
Ｃi，1——装置对应特征气体参比值，按 3.2.3 原则计算。

1.
相对增长速率，即每运行周某种特征气体含量增加值相对于原有值的百分数，按下式计算：
（2）
式中：γｒ——相对增长速率，%/ 周；
Ci，2——装置对应特征气体的实时测量数据，μL/L；
Ci，1——装置对应特征气体参比值，按 3.2.3 原则计算。

3.2.3 参比值取值原则。

绝对增量γa 和相对增长速率γｒ中参比值Ｃi，1 指通过计算得到的装置对应特征气体含量，按以下原则取值：（1）正常情况下，参比值取装置前 14 天 ~ 前 7 天之内测量数据的算术平均值，且计算前应先剔除测量数据中的奇异值；（2）装置新投运或校准、检修后恢复运行的：如投运或恢复运行不满 14 天，参比值取 7 天前实际运行天数测量数据的算术平均值；如投运或恢复运行不满 7 天，参比值取第 1 天测量数据的算数平均值，且计算相对增长速率时不折算至周。

3.2.4 油色谱在线监测系统在特高压实际应用案例。

2 月 26 日，某特高压站油色谱在线监测发现某线 B 相高抗乙炔含量快速上升，突增到4.28μL/L（25 日前一直稳定在 1.7μL/L 附近），同步离线油色谱测试结果为3.56μL/L。

后续跟踪在线色谱数据 27 日为 5.92μL/L，28 日7.04μL/L，29 日11.1μL（/ 离线数据同步增长分别为 5.61、7.04、9.84）2020 年 02 月 26-27 日两次对某线高抗 B 相进行现场高频、特高频局放、超声局放以及红外测温等带电检测工作。

放电信号同时呈现悬浮放电、绝缘缺陷两种特征，可能为同一放电源多重局放特征或存在多个放电源。

局放定位分析放电源位于高抗 Y 柱区域。

4 结论
油色谱在线监测系统是换流变压器等大型充油设备在不停电条件下故障的早期预警及快速判断的重要手段。

在特高压日常运维中，确保油色谱在线监测
装置正常运行，通过对在线监测数据的分析以及结合带电检测等方式对运行设备进行综合诊断，提高了电网的运行可靠性。

参考文献
1.
李想.特高压变压器油色谱异常告警分析[J].海峡科学，2017 （11）.
[2]鲁统贺.变压器油色谱在线监测及故障诊断技术的应用[D].济南：山东大学，2016.。