維薩拉 OPT100 安裝在位于阿根廷 - 烏拉圭交界的 CTM Salto Grande 公司處，用于評估 50/50/100 MVA 變壓器上的氣體問題，這樣在變化的工作狀況下經過一年針對于此的研究，就可以確定氣體水平與工作狀況（比如負荷與頂層油溫）之間是否相關。

　　問題背景

　　CTM Salto Grande 2002 年安裝了 OFAF 100 MVA 密封單相發電機升壓變壓器，并且從試運行開始就懷疑存在過熱問題。乙烷以及較小程度的甲烷已經出現并且一直在增高。溫度問題對于這個變壓器而言是特別值得關注的問題，因為變壓器油中含有 DBDS，溫度較高時可導致腐蝕性硫的形成。幾乎找不到任何氫，除了在油中添加 Irgamet39 金屬減活劑之后會出現高峰，而這種現象被認為是由于 Irgamet39 導致的雜散氣體產生所致。環境空氣中還存在同等水平的氮氣（而不是氧氣）。

　　項目概述

　　2017 年 6 月，安裝了維薩拉 OPT100 多氣體 DGA 系統，用于實時測量主要的故障氣體。該監測系統在運行期間連接到變壓器，因為水電站的工作狀況不允許任何中斷。OPT100 的設計決定了這根本不成問題，而且只用了半天就完成了安裝。使用 OPT100 基于瀏覽器的集成軟件以及一個蜂窩調制解調器來收集信息。

　　在一年的時間內，變壓器維護團隊分析了 DGA 數據并將其與變壓器工作狀況作比較，以查看二者之間是否有任何相關。此過程期間，每兩到三周 CTM Salto Grande 就會采集油樣本，在他們的實驗室內進行分析對比。

　　2017 年 10 月對該變壓器進行了排氣。此期間 OPT100 未停止測量。同時，每兩小時就采集一次實驗室樣本。兩組結果的比較情況顯示在圖 3 中 (pdf)。

　　發現：負荷與氣體對比

　　圖 4 顯示：OPT100 在線監測系統以及實驗室參照數據測量的變壓器負荷和油中 CO2 濃度均顯示：高負荷期間 CO2 明顯升高。負荷較小或變動時，CO2 保持穩定甚至降低。這可能表明：長期存在較高負荷時，變壓器內部有一個較熱區域導致從紙張或油形成了 CO2。

　　負荷和溫度較低期間 CO2 的降低可能是因為紙張與油之間的 CO2 交換隨著溫度而變化。僅從負載數據來看這一點并不清晰，但當我們包括估計的熱點時后就會變得更加清晰：T熱點 ≈T頂層油 + H * gR * ipu^2，其中 gR 是在工廠 FAT 期間測得的繞組和油之間的平均溫差，H = 2 是估計的熱點因子。

　　使用估計的熱點溫度嘗試了幾種數學模型：一個是線性模型，另一個是具有熱點對 CO2 濃度作用的閾值的模型，估計約為 +70°C。需要進一步的工作來細化這些模型。不過，這不是簡單的相關，因為隨時間推移可能出現大量 CO2 交換，而這不是僅僅幾天的數據能夠顯現出來的。

　　而 CO2 降低的另一個可能原因也許是因為環境空氣與油之間存在較高的分壓梯度而造成油箱漏氣，盡管這是一個密封的變壓器。不過，氮水平在排氣后相對較快地提高這一事實表明：該變壓器并非完全不透氣。

　　其他故障氣體（除非可能是 C2H6）在試用期間都未顯示出與負荷有任何明顯相關。排氣后氣體水平立即提高很可能是因為油中有部分氣體不能排氣，例如浸在紙上的油和卡在狹小空間里的油。當這部分油擴散回處理過的油中時，氣體水平隨之提高。

　　比較 OPT100 與實驗室測試

　　除響應時間之外，在整個期間內對監測系統讀數與實驗室 DGA 結果進行了比較。為簡便起見，圖 8 僅顯示了甲烷。藍線是來自監測系統的測量數據，灰色區域是監測系統的準確度規格。實驗室參照數據顯示為藍點。

　　通過將在線監測系統與實驗室參照數據對比對該系統進行評估時，必須考慮到樣本質量和實驗室過程的不確定性。此外還需謹記，任何一種分析方法（不論是實驗室還是在線監測系統）都有其自身的不確定性。所以，在比較結果并對監測性能作出結論時應該考慮到以上因素。

　　在此案例中，由于實驗室的不確定性未知，所以根據 IEC 60567 [3] 中發布的平均實驗室準確性示例使用了 +/- 15%。因此，要將實驗室與在線 DGA 作比較，比較趨勢要比比較實際測量值更有意義。如果趨勢相似而且具有不確定性的區域重疊，則可以推斷出這兩種不同方法的廣泛一致性程度很高。

　　總體來看，CTM Salto Grande 對于讀數的相關性極為滿意，并且準備在其產品系列中另外增加在線 DGA 監測系統來監測變壓器操作。采樣和實驗室測試在特定方面（比如呋喃和絕緣強度）會繼續進行，但變電站維護經理同意“增加在線 DGA 和水分為我們提供了一種關鍵工具，該工具可幫助 CTM Salto Grande 實施預測性維護項目。”

　　油中微量水分

　　變壓器油中的水分隨著溫度波動（或是因為負荷，或是因為環境溫度，或是因為這兩者）而變化。本研究中可以看到這種影響（如圖 9 所示）。圖中顯示了一年內的頂層油溫和油中水分 (ppm)。其中顯示了水分如何隨溫度升高從絕緣紙表面釋放到油中，然后隨溫度降低又重新被絕緣紙吸收。

　　不過，放水是比吸水更快的過程，因此繪制水分（單位為 ppm）隨頂層油溫變化的圖時，滯后顯而易見。這意味著具有變動負荷的變壓器永遠不能達到均衡。

　　這種現象使得人們很難界定采集油樣本進行實驗室水分分析的最佳時機。在同一溫度，油中水分可能因為滯后影響而顯著變化，不論變壓器溫度在采樣時是升高還是降低。

　　在采集油樣本以確定具有變動負荷和波動溫度的變壓器在固體絕緣中的水分時，這是一個非常重要的考慮因素。這也是在線水分測量值對于確定油/紙張中的長期水分趨勢影響極大的一個關鍵原因。但這也表明：采集油樣本時，為了能對變壓器中的水分作出任何結論，務必也要始終記錄油溫。

　　結論

　　該研究的結果表明：變壓器負荷與 CO2 之間明顯相關。目前對作者而言，較低負荷期間 CO2 的降低是否是因為油與紙張之間的 CO2 交換或變壓器泄露 CO2，這一點尚不明確。需要進一步的分析來確定熱點位置。得益于 OPT100，CTM Salto Grande 能夠更好地確定變壓器中問題的成因以及需要執行哪種類型的糾正措施來解決該問題。目前已經啟動進一步的測試，而且在線安裝 OPT100 后，氣體（乃至可能會惡化為較嚴重故障的熱點的風險）現在都處在監測當中并且得到較好的控制。

　　腳注

　　對于 OPT100，CTM 的資產維護經理 Eduardo Briosso 給出了這樣的書面反饋：“安裝后的兩年內，設備未出現任何問題，根本不需要用戶介入，也不需要任何耗材。”

　　下載下面 PDF 格式的案例，參見圖 1-10。

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