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(jīng)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(fù)荷與頂層油溫）之間是否相關(guān)。
問題背景
CTM Salto Grande 2002 年安裝了 OFAF 100 MVA 密封單相發(fā)電機(jī)升壓變壓器，并且從試運(yùn)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(jīng)出現(xiàn)并且一直在增高。溫度問題對于這個(gè)變壓器而言是特別值得關(guān)注的問題，因?yàn)樽儔浩饔椭泻?DBDS，溫度較高時(shí)可導(dǎo)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(huì)出現(xiàn)高峰，而這種現(xiàn)象被認(rèn)為是由于 Irgamet39 導(dǎo)致的雜散氣體產(chǎn)生所致。環(huán)境空氣中還存在同等水平的氮?dú)猓ǘ皇茄鯕猓?/p>
項(xiàng)目概述
2017 年 6 月，安裝了維薩拉 OPT100 多氣體 DGA 系統(tǒng)，用于實(shí)時(shí)測量主要的故障氣體。該監(jiān)測系統(tǒng)在運(yùn)行期間連接到變壓器，因?yàn)樗娬镜墓ぷ鳡顩r不允許任何中斷。OPT100 的設(shè)計(jì)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(gè)蜂窩調(diào)制解調(diào)器來收集信息。
在一年的時(shí)間內(nèi)，變壓器維護(hù)團(tuán)隊(duì)分析了 DGA 數(shù)據(jù)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(guān)。此過程期間，每兩到三周 CTM Salto Grande 就會(huì)采集油樣本，在他們的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行分析對比。
2017 年 10 月對該變壓器進(jìn)行了排氣。此期間 OPT100 未停止測量。同時(shí)，每兩小時(shí)就采集一次實(shí)驗(yàn)室樣本。兩組結(jié)果的比較情況顯示在圖 3 中 (pdf)。
發(fā)現(xiàn)：負(fù)荷與氣體對比
圖 4 顯示：OPT100 在線監(jiān)測系統(tǒng)以及實(shí)驗(yàn)室參照數(shù)據(jù)測量的變壓器負(fù)荷和油中 CO2 濃度均顯示：高負(fù)荷期間 CO2 明顯升高。負(fù)荷較小或變動(dòng)時(shí)，CO2 保持穩(wěn)定甚至降低。這可能表明：長期存在較高負(fù)荷時(shí)，變壓器內(nèi)部有一個(gè)較熱區(qū)域?qū)е聫募垙埢蛴托纬闪?CO2。
負(fù)荷和溫度較低期間 CO2 的降低可能是因?yàn)榧垙埮c油之間的 CO2 交換隨著溫度而變化。僅從負(fù)載數(shù)據(jù)來看這一點(diǎn)并不清晰，但當(dāng)我們包括估計(jì)的熱點(diǎn)時(shí)后就會(huì)變得更加清晰：T熱點(diǎn) ≈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(jì)的熱點(diǎn)因子。
使用估計(jì)的熱點(diǎn)溫度嘗試了幾種數(shù)學(xué)模型：一個(gè)是線性模型，另一個(gè)是具有熱點(diǎn)對 CO2 濃度作用的閾值的模型，估計(jì)約為 +70°C。需要進(jìn)一步的工作來細(xì)化這些模型。不過，這不是簡單的相關(guān)，因?yàn)殡S時(shí)間推移可能出現(xiàn)大量 CO2 交換，而這不是僅僅幾天的數(shù)據(jù)能夠顯現(xiàn)出來的。
而 CO2 降低的另一個(gè)可能原因也許是因?yàn)榄h(huán)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(gè)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(shí)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(fù)荷有任何明顯相關(guān)。排氣后氣體水平立即提高很可能是因?yàn)橛椭杏胁糠謿怏w不能排氣，例如浸在紙上的油和卡在狹小空間里的油。當(dāng)這部分油擴(kuò)散回處理過的油中時(shí)，氣體水平隨之提高。
比較 OPT100 與實(shí)驗(yàn)室測試
除響應(yīng)時(shí)間之外，在整個(gè)期間內(nèi)對監(jiān)測系統(tǒng)讀數(shù)與實(shí)驗(yàn)室 DGA 結(jié)果進(jìn)行了比較。為簡便起見，圖 8 僅顯示了甲烷。藍(lán)線是來自監(jiān)測系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)，灰色區(qū)域是監(jiān)測系統(tǒng)的準(zhǔn)確度規(guī)格。實(shí)驗(yàn)室參照數(shù)據(jù)顯示為藍(lán)點(diǎn)。
通過將在線監(jiān)測系統(tǒng)與實(shí)驗(yàn)室參照數(shù)據(jù)對比對該系統(tǒng)進(jìn)行評估時(shí)，必須考慮到樣本質(zhì)量和實(shí)驗(yàn)室過程的不確定性。此外還需謹(jǐn)記，任何一種分析方法（不論是實(shí)驗(yàn)室還是在線監(jiān)測系統(tǒng)）都有其自身的不確定性。所以，在比較結(jié)果并對監(jiān)測性能作出結(jié)論時(shí)應(yīng)該考慮到以上因素。
在此案例中，由于實(shí)驗(yàn)室的不確定性未知，所以根據(jù) IEC 60567 [3] 中發(fā)布的平均實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)確性示例使用了 +/- 15%。因此，要將實(shí)驗(yàn)室與在線 DGA 作比較，比較趨勢要比比較實(shí)際測量值更有意義。如果趨勢相似而且具有不確定性的區(qū)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(shù)的相關(guān)性極為滿意，并且準(zhǔn)備在其產(chǎn)品系列中另外增加在線 DGA 監(jiān)測系統(tǒng)來監(jiān)測變壓器操作。采樣和實(shí)驗(yàn)室測試在特定方面（比如呋喃和絕緣強(qiáng)度）會(huì)繼續(xù)進(jìn)行，但變電站維護(hù)經(jīng)理同意“增加在線 DGA 和水分為我們提供了一種關(guān)鍵工具，該工具可幫助 CTM Salto Grande 實(shí)施預(yù)測性維護(hù)項(xiàng)目。”
油中微量水分
變壓器油中的水分隨著溫度波動(dòng)（或是因?yàn)樨?fù)荷，或是因?yàn)榄h(huán)境溫度，或是因?yàn)檫@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(nèi)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(shí)，滯后顯而易見。這意味著具有變動(dòng)負(fù)荷的變壓器永遠(yuǎn)不能達(dá)到均衡。
這種現(xiàn)象使得人們很難界定采集油樣本進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室水分分析的最佳時(shí)機(jī)。在同一溫度，油中水分可能因?yàn)闇笥绊懚@著變化，不論變壓器溫度在采樣時(shí)是升高還是降低。
在采集油樣本以確定具有變動(dòng)負(fù)荷和波動(dòng)溫度的變壓器在固體絕緣中的水分時(shí)，這是一個(gè)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(gè)關(guān)鍵原因。但這也表明：采集油樣本時(shí)，為了能對變壓器中的水分作出任何結(jié)論，務(wù)必也要始終記錄油溫。
結(jié)論
該研究的結(jié)果表明：變壓器負(fù)荷與 CO2 之間明顯相關(guān)。目前對作者而言，較低負(fù)荷期間 CO2 的降低是否是因?yàn)橛团c紙張之間的 CO2 交換或變壓器泄露 CO2，這一點(diǎn)尚不明確。需要進(jìn)一步的分析來確定熱點(diǎn)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(zhí)行哪種類型的糾正措施來解決該問題。目前已經(jīng)啟動(dòng)進(jìn)一步的測試，而且在線安裝 OPT100 后，氣體（乃至可能會(huì)惡化為較嚴(yán)重故障的熱點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)）現(xiàn)在都處在監(jiān)測當(dāng)中并且得到較好的控制。
腳注
對于 OPT100，CTM 的資產(chǎn)維護(hù)經(jīng)理 Eduardo Briosso 給出了這樣的書面反饋：“安裝后的兩年內(nèi)，設(shè)備未出現(xiàn)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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