油色谱在线监测原理浅析.ppt

第 1 页*公司油色油色谱在线监测原理浅析谱在线监测原理浅析第 2 页*公司在线监测数据准确度、与实验室数据趋势一致性分析 在线色谱监测装置的选型要求和技术要求 装置运行稳定性分析 在线监测的优缺点 本次介绍的主要内容包括：检测数据灵敏度分析 存在问题及措施 在线色谱监测装置的类型第 3 页*公司 30多年的实践证明，变压器油色谱分析技术(DGA)对于发现油浸式电力变压器内部潜伏性故障相当有效和可靠，我省每年均发现并确认10多台变压器内部故障，避免了恶性事故的发生。但传统的油色谱主要是依据变压器电压等级进行周期性试验，有些发展期较短的故障在两次定期取样期间可能检测不到，难以充分发挥它的作用。因此，通过在线监测装置对变压器油中气体组分含量进行连续或实时在线监测，随时掌握设备的运行状况，判断其运行是否正常，诊断设备内部存在的故障性质、类型、部位和严重程度并预测故障的发展趋势，是一项很有实用价值和发展潜力的技术。概述第 4 页*公司优点：1、直接反映运行变压器油中溶解气体组分含量情况，便于及时掌握变压器的运行状况、发现和跟踪存在的潜伏性故障，并且可以及时根据专家系统对运行工况自动进行诊断，以便相关人员及时作出处理。2、变压器状态检修工作中的重要在线监测设备。3、每年所需的消耗性材料比较少，现场维护量也比较少，易于用户的正常运行管理。在线色谱监测系统的优缺点第 5 页*公司缺点：1、一台在线色谱监测系统一般只监测一台变压器，利用率低。2、目前还没有专门的国家或行业标准规范，只有用户自行制定了相关的技术管理规范要求。3、受环境因素的影响大，电磁环境、环境温度和湿度等均有影响，导致了数据的准确性不理想。4、对变压器可能造成不利影响。油路循环系统，如果密封不好，一是造成漏油，二是可能致使空气渗入变压器，造成设备的含气量升高，危机变压器安全运行。5、需要对工作人员进行专门的培训工作，提高人员操作监测设备的准确性，防止误操作。6、设备需要专职人员进行定期的维护管理工作。在线色谱监测系统的优缺点第 6 页*公司1、装置的可靠性要高。要能长期稳定运行，不允许出现误报警或漏报警，必须有足够长的定标周期和数年以上的使用寿命。2、监测的及时性要好。最好油能够自动循环，尽可能在靠近油流动处安装，使变压器内部因故障产生的气体尽快到达检测器而被检测，气体平衡周期和检测周期尽可能短，最好能实时。3、监测数据的准确性要高。在线数据应与同时间所取油样的实验室数据绝对值可比，趋势一致，同时数据要有较高的重复性和再现性。4、诊断的可信度要高。除具有不同报警水平的可调功能外，还具有自动判断故障类型、性质、严重程度及发展趋势预测等功能，要求诊断的可信度至少要与离线色谱分析仪的分析准确度可比。在线色谱监测装置的选型要求第 7 页*公司5、在线监测装置要有较高的自动化程度。信息处理技术不仅要智能化程度高，同时，油色谱在线监测装置的诊断装置能与其它在线监测项目的检测结果构成综合智能诊断系统，科学的判断变压器的运行工况。6、在线监测装置的造价要低。根据我国多年来的事故统计表明，变压器的故障率大约为1%，因此所能投入的在线监测费用估计也在这一水平，但这仅仅是从直接经济损失进行的评估，变压器故障给电力部门所造成的间接损失要比直接损失大的多，具体可根据成本经济效益比评估进行合理投入。在线色谱监测装置的选型要求第 8 页*公司1、能实时、连续地监测和显示油中溶解特征气体组分含量。2、要求取样方便、安全、可靠，安装简单、无渗漏。要求不对变压器油造成污染，不能将空气带入变压器油中，少消耗变压器油。3、油气平衡时间应尽量短，一般要求小于24小时。油气分离装置的寿命应有长周期的使用寿命。4、监测单元提供自检功能，并可将自检结果上传到上位机。5、上位机能够接收和执行来自主站的对监测单元和上位机的参数修改指令。6、对各组分的气体最低检测限一般要求在1ppm左右，对C2H2要求能够达到0.5ppm的最低检测限。在线色谱监测装置的基本技术要求第 9 页*公司7、测量单元的安装不应影响一次设备的安全运行，并可在不停电的情况下对监测装置进行安装、检修和维护。8、要求监测系统具备远程监测、分析功能，可通过局域网和电话线实时获取监测数据，自动进行故障诊断和异常报警。9、在线监测装置应在现场电磁干扰环境下具有良好的稳定性、可靠性。10、在线监测装置测量数据与试验室试验数据相比对，应具有可比性。11、在运行2年内数据检测精度应在技术指标规定范围内，即装置的标定周期应大于2年，以减轻维护压力。12、油样的采取能保证油品的正确性，应是循环部位的油样。在线色谱监测装置的基本技术要求第 10 页*公司按检测对象分类1、测单组分：只检测油中如H2、C2H2、微水等某一特征气体组分含量或以它为主的混合气体浓度，不进行气体组分分离而直接测量气体体积分数。只适合于现场作故障的初步诊断，对确定故障需进行二次色谱分析诊断。GE公司的H2010、201Ti和加拿大的Calisto型均为单组分的监测系统。2、测总的可燃气体含量(TGG)：不能监测出某一油中溶解气体组分的单独含量，并且结构复杂，造价高。3、测多种气体组分：智能化程度高，虽然结构复杂，造价也高，但是今后变压器油中溶解气体在线监测技术的发展方向。如我省的和盛科技SPM-2-Z（七组分）、和盛科技SPM-2-N、上海交大、重庆海吉、日本三菱（均为六组分，CO2不能测）。在线色谱监测装置的类型第 11 页*公司多种气体组分监测系统按检测方法分类 在线色谱监测装置的类型1、气相色谱法 2、传感器阵列法 4、光声光谱法（PAS）3、变换红外光谱法（FTIR）第 12 页*公司四种多组分气体在线监测方法的综合比较：气相色谱法运用最早，原理最成熟，且因采用相对测量原理而不会带来积累误差，较红外光谱法所需样气量更少，价格比红外光谱法和光声光谱法更便宜，因此，用气相色谱法原理实现的变压器在线监测装置的性价比良好。我省目前的多组分在线监测系统大都为气相色谱法。在线色谱监测装置的类型性能性能通用性通用性灵敏度灵敏度气路气路样样气量气量维护维护量量扩扩展量展量价格价格气相色气相色谱谱法法很好好复杂很小较大很好一般传传感器感器阵阵列列法法特定气体如可燃性一般简单小一般差一般红红外光外光谱谱法法H2无吸收较好一般较多较小一般高光声光光声光谱谱法法好好一般小较小一般高第 13 页*公司按所使用的检测器分类 在线色谱监测装置的类型1、钯栅场效应管 2、催化燃烧传感器 4、半导体传感器 3、燃料电池型传感器 5、红外光谱传感器 6、光声光谱检测器 7、He离子检测器 第 14 页*公司按取气方法分类 1、薄膜渗透法：主要有聚酰亚胺、聚四氟亚乙基全氟烷基乙烯基醚、聚四氟乙烯等，其中聚四氟乙烯的透气性能好，又有良好的机械性能和耐油等优点，被国内外普遍选用。2、波纹管顶空式分离技术：油样与气样之间没有隔离，脱出的气样中会含有少量的油蒸汽，从而造成对色谱柱的污染，降低色谱柱的使用寿命；波纹管的寿命有限，同时由于波纹管的磨损，对油存在一定程度的污染。3、真空泵法：真空泵的磨损；随着使用时间的增长，抽气效率降低。4、动态顶空式分离技术：脱气速度较快，但由于要不断通入载气，所以不能使用循环油样以免载气进入变压器本体油箱，因此油样代表性差。在脱气完毕后，必须把油样放掉，这样每次检测必然消耗少量的变压器油。在线色谱监测装置的类型第 15 页*公司 根据不同的测试对象，选择不同的检测器，并配合使用不同的取气方法，可以组合成多种多样的在线色谱监测装置。如日本三菱公司采用催化燃烧传感器加波纹管脱气技术、和盛科技SPM-2-Z采用微热导加动态顶空吹扫脱气技术、和盛科技SPM-2-N和上海交大采用半导体检测器加薄膜渗透脱气技术、重庆海吉采用阵列式传感器加薄膜渗透技术、GE公司采用燃料电池检测器加薄膜渗透技术等等。在线色谱监测装置的类型第 16 页*公司一、安装情况 截至2009年5月31日，福建电网共在108个变电站安装了变压器油色谱在线监测装置192台。中能201Ti 型号15台、中能2010型号19台、上海交大EGC-2型号2台、重庆海吉2台、加拿大摩根公司Calisto型号11台、三菱公司的6台、和盛科技SPM-2-Z型号有86台、和盛科技SPM-2-N型号有58台。和盛科技SPM-2-Z和SPM-2-N型号共占总台数的75%。（注明，该数据未更新）我省在线色谱装置安装情况第 17 页*公司1、GE公司19台的H2010油色谱在线监测装置，全部故障维修过，该型号设备稳定性差、故障率高、监测数据的精确度也不足，尽管目前仍有10台设备在运行中，但已失去正常监测的作用，等待技改或退役。2、GE公司201Ti产品检测组分为混合气体的体积总分数，且装在变压器的底部放油阀上，此处变压器油不能循环，易出现死区，对变压器故障诊断的及时性不够，渗透膜易破损，数据准确度不够。3、重庆海吉油色谱装置，安装于南平马站，由于传感器稳定性不强，其数据波动较大。装置运行情况分析第 18 页*公司4、上海交大EGC-2油色谱，安装于福州南郊变、泉州官桥变，运行还算稳定，但其厂家已退出在线监测领域，不再继续生产和提供售后服务了。5、加拿大摩根公司Calisto型运行情况较好，但只能检测H2及H2O，当变压器出现故障时仍需取样分析。6、三菱公司产品，波纹管脱气法，长期运行稳定性差，目前因国内无售后服务支持，有多台已出现故障。装置运行情况分析第 19 页*公司7、和盛科技SPM-2-N型号，运行情况尚好，加热模块易出现故障，导致数据波动较大。装置运行情况分析第 20 页*公司8、和盛科技SPM-2-Z型号，装置的运行稳定性和检测数据的稳定性最好，是现有产品中故障率最低的一种，通讯模块易出现故障。装置运行情况分析第 21 页*公司1、多组分气体在线监测装置运行稳定性 和盛科技SPM-2-Z和盛科技SPM-2-N 日本三菱上海交大EGC-2重庆海吉2、单组分气体在线监测装置运行稳定性 摩根公司CalistoGE公司201TiGE公司的H2010装置运行稳定性比较第 22 页*公司 2011.5.7检查泉州局和厦门局45台油色谱在线监测装置的数据监测情况，共有6台设备无监测数据，故障率为13.3%。这6台设备分别为泉州仙苑变2号主变、玉叶变1号主变和2号主变、厦门钟山变1号主变、2号主变、京口变2号主变，原因为网络故障或设备故障。在线监测系统整体运行情况分析第 23 页*公司 根据GB/T17623-1998绝缘油中溶解气体组分含量的气相色谱测定法规定，两个试验室间测定值之差的相对偏差：油中溶解气体浓度大于10L/L，小于15%；油中溶解气体浓度小于等于10L/L，小于30%。参照这一标准要求，油色谱在线监测装置的检测数据与试验室离线检测数据偏差宜30%，否则认为准确性不够，易造成误判断。在线监测数据准确度要求第 24 页*公司 2010年上半年，对泉州局和厦门局两个单位的45台在线监测装置检测数据与同时段的油色谱试验室检测结果进行对照统计，其中和盛科技SPM-2-Z系列产品为35台，SPM-2-N系列产品为10台。H2、CO和总烃含量偏差30%大约占50%左右；H2、CO含量偏差3050%大约占17%左右，总烃含量偏差3050%占29%；H2、CO含量偏差50100%大约占30%左右，总烃含量偏差50100%占22%；总烃含量偏差100%占2%，H2含量偏差100%占4%。在线监测数据的准确度分析第 25 页*公司 在线监测数据的准确度分析总烃总烃H2H2COCO含量含量第 26 页*公司 从统计结果看，H2、CO和总烃含量偏差30%只占50%左右，H2、CO和总烃含量偏差50%约占7080%，说明油色谱在线监测装置长期运行后的检测数据准确度不够理想。主要原因是检测器、色谱分离柱、恒温装置等随着运行时间的延长和环境温度、湿度、电磁干扰等因素的影响，都会出现性能下降或漂移。实验室的色谱仪要求每天进行标定方能使用，而目前的在线监测装置两年才校准一次（有的投运后就没有校准过），因此，长期运行后装置的检测数据偏差较大，准确性不够是必然的。在线监测数据的准确度分析第 27 页*公司 从两种产品3年来的在线检测数据与实验室检测数据的对比情况看，3个月内的检测数据偏离情况比较良好，6个月后部分组分会出现偏离，超过1年后检测数据偏离就较大。两种产品的CO含量的检测数据的波动相对较大，H2次之，总烃含量的波动最小。在线监测数据的准确度分析第 28 页*公司 抽取两台运行时间较长（接近3年）的在线监测装置，分别为泉州局惠安变1号主变（SPM-2-Z产品）和清濛变2号主变（SPM-2-N产品），考察总烃含量在线监测数据与实验室离线数据的趋势一致性情况，结果两者不是严格一致，影响因素为实验室分析取样时变压器运行油温与在线监测检测时变压器运行油温不一样、环境温度影响等。在线监测数据与实验室数据趋势一致性分析第 29 页*公司在线监测数据的准确度和趋势分析051015202530352007-3-132007-6-52007-9-172008-1-92008-5-82008-8-52008-10-212009-3-12试验室在线监测 泉州局惠安变1号主变（SPM-2-Z产品）总烃离线与在线数据对比 第 30 页*公司在线监测数据的准确度和趋势分析05101520252007-3-212007-6-42007-9-172007-12-42008-3-112008-6-42008-10-152009-1-52009-6-17试验室在线监测泉州局清濛变2号主变（SPM-2-N产品）总烃离线与在线数据对比 第 31 页*公司 由于装置的现场环境所限，如湿度和温度都是不断变化的，此外系统的温度控制精度、载气流量控制精度、检测器的性能都无法跟试验室相比。试验室的色谱仪要求乙炔和烃类气体的最小检知浓度0.1L/L，目前的在线监测装置的乙炔和烃类气体的最小检知浓度为0.51L/L，与实验室仪器的灵敏度相比仍有较大差距，但作为现场应用，目前SPM-2-Z和SPM-2-N两种型号产品已基本可满足要求。检测灵敏度分析第 32 页*公司1、单组分气体在线监测装置加拿大摩根公司Calisto运行可靠性和检测数据稳定性最好，其他型号均不太理想，但单组分监测装置检测组分太单一，已逐渐退出市场。2、多组分气体在线监测装置以和盛科技SPM-2-Z运行情况最好，装置可靠性和检测数据稳定性可达90%，和盛科技SPM-2-N装置可靠性和检测数据稳定性可达80%以上，其他型号均不太理想。（主要考察近2年的情况）现有在线监测装置的总体评价第 33 页*公司问题一：在线监测装置数据的准确性不够。措施：1、运行单位应做好每季度在线与离线实验室数据的比对，出现较大偏差时，应及时联系维护单位校准或处理。2、每年现场至少校验1次。3、校准方式宜采用标准油样直接校准（用高、中、低三个标准油样进行校准），以保证在线监测装置数据的准确性。该方法应防止标准油样流入变压器内造成污染。存在问题及措施第 34 页*公司问题二：数据不能上传。措施：1、完善网络传输通路，解决网络中断故障。2、及时更换已损坏的装置通讯模块。3、在网络或通讯修复后能够自动将缺漏的数据补上，方便数据趋势的直观分析和产气速率的准确计算。存在问题及措施第 35 页*公司问题三：数据波动较大。措施：1、维护部门应做好运行部门相关人员的培训，当数据波动较大时，能协助维护部门及时查明原因，如油路是否堵塞、载气压力和流量是否正常、渗透膜是否破损、温控系统是否失控、检测器是否损坏等等。2、完善在线监测装置的相关运行规程、设备故障诊断处理资料等。存在问题及措施第 36 页*公司问题四：没有相关的校核工作程序和仲裁工作程序。措施：1、当运行的在线色谱数据与实验室检测色谱数据差别太大时，发出异常告警提示音并启动进入设备色谱校核工作程序，经过校核后发现运行色谱在线装置异常时，及时通知维护单位进行处理和校准。2、色谱数据与上次比较增长太大，并超过注意值时，发出异常告警提示音并启动进入超标处理程序，同时给运行单位发出告警信息，提示加强色谱监测工作和数据比对仲裁分析工作。存在问题及措施第 37 页*公司问题五：产气速率有时会出现异常的数值。措施：1、完善产气速率的算法。2、完善公式相关参量的数据取值。3、设置产气速率的报警值，出现异常时发出提醒信号。存在问题及措施第 38 页*公司问题六：实时性监测问题。目前国内外多组分油色谱在线监测技术都无法达到真正意义上实时监测的水平。薄膜渗透法至少需要58小时才能平衡，抽真空取气法也至少需要15min才能完成一个周期的检测。通常现场设置的检测周期为1天1次或2天1次，这种监测方式对过热性故障和低能量放电性故障的发展趋势可进行有效的跟踪分析，但对突发的高能量电弧放电性故障无法及时响应（如姜家营500kV主变故障）。措施：尚无有效的解决措施，当怀疑设备内部有异常，可缩短检测的周期，如*小时/次或*分钟/次。存在问题及措施第 39 页*公司问题七：故障诊断的准确性问题。目前系统的故障诊断只能起到初筛的作用，还需实验室再次取样确认。措施：要提高故障诊断准确率，一方面需要提高监测数据的准确性，另一方面还需要结合变压器的历史运行异常情况、设备检修情况、变压器的负荷相关性分析、所用的变压器油类型以及其它试验数据等进行综合分析评价。存在问题及措施第 40 页*公司问题八：110kV油色谱异常变压器没有在线监测装置。措施：1、可考虑在部分色谱异常的110kV变压器安装在线监测装置，跟踪其发展趋势，更好发挥在线监测装置的作用和效益。存在问题及措施第 41 页*公司问题九：软件的界面不够人性化。措施：1、设计自动可调坐标轴。如查看数据变化趋势时，气体含量坐标轴的最大值和最小值可随不同组分的气体含量不同而自动改变。2、完善后台管理平台。具有不同的报警水平的可调功能，一些报警量的设置分等级开放给不同专责和班组人员使用。3、根据大部分设备油中气体组分含量的大致水平，调整相应的报警界限值。4、增加色谱图调阅功能，方便异常数据的原因分析。存在问题及措施第 42 页*公司谢谢！谢谢！