0 引言
变压器油色谱在线监测装置用于变压器油中气体在线分析，通过与报警设定值比较以及专家系统分析得出诊断结论。其检测数据的准确性直接关系到设备实时状态的准确评价以及对故障的正确诊断。因此，稳定可靠的在线监测装置对数据的准确性至关重要。然而，油色谱在线监测装置本身结构复杂，功能模块众多，不同厂家、不同类型的装置检测性能有所差异，检测数据容易出现偏差。为加强变压器的运行状态监测，保障电网稳定可靠运行，近年来，电网有限公司加大在线监测装置的质量管控力度，进一步强化了油色谱在线监测装置产品质量的源头管控，对新入网油色谱在线监测装置提出质量管控要求。本文通过对不同厂家、不同类型的在线监测装置检测数据进行比较，从装置的组成、工作原理分析不同装置检测数据偏差产生的主要原因，对装置选型及后续工作提供参考。
1 油色谱在线监测装置的组成
油色谱在线监测装置一般由油样采集与油气分离、气体检测、数据采集与控制、通讯与辅助等部分组成。目前，油气分离方法主要有：顶空法、真空法、薄膜渗透法等，而薄膜渗透法由于达到平衡时间较长、薄膜存在老化等问题，不能满足现场实际需要。气体分离和检测单元有两种类型：一种是用色谱柱将不同气体组分分离开后，再用检测器或传感器检测；另一种是采用仅对某种气体敏感的传感器来进行气体组分检测，气体检测单元主要完成特征气体的定量检测并产生相应电学信号。气体组分检测主要分：气相色谱法、傅里叶变换红外光谱法、光声光谱法、传感器法等。数据处理及状态诊断单元包括数据采集、数据传输和设备状态诊断，完成检测电信号采集和数据处理的同时对检测过程进行控制，利用气体组分浓度、产气速率以及各组分间的比值等对被监测设备状态进行分析诊断。
2 油色谱在线监测装置到货检测
根据《Q/GDW10536-2017变压器油中溶解气体在线监测装置技术规范》要求，对到货的必检项目做了明确规定，除“结构和外观检查”、“基本功能检验”、“绝缘电阻试验”、“数据分析功能检查”、“数据传输试验”通用技术条件试验项目外，本文将对“测量误差试验”、“测量重复性试验”、“最小检测周期试验”以及“交叉敏感性试验”四个对检测误差有直接影响的关键指标进行详细分析。
2.1 检测用标油配置
向油样制备装置中注入变压器油，然后通入一定量的配油样用气体并与变压器油充分混合，配制出一定组分含量的油样，制备的油样中气体组分含量由实验室气相色谱仪测定。对目前多组分监测装置而言，按《Q/GDW10536-2017变压器油中溶解气体在线监测装置技术规范》要求配置低、中、高、交叉敏感4组不同浓度的油样。通过不同浓度油样的模拟，对在线监测装置的检测限、交叉敏感性、重复性等指标进行分析。
2.2 在线监测装置检测情况
为了解目前在线监测设备的到货产品质量，本文对2021年度湖北范围内到货检测的在线监测装置相关检测数据进行分析，与实验室离线色谱分析值对比，对在线监测装置的性能指标进行综合评价。截至2021年9月，共检验了6个厂家的43台入网的在线监测装置，该43台均为多组分色谱检测装置。测量误差结果显示：3种浓度下符合A级的为36台，占比83%，符合B级的为3台，占比7%，符合C级的为2台，占比5%，不合格的为2台，占比达5%。重复性检测显示：43台装置重复性测试偏差小于3%的达39台，占比90%，偏差在3%~5%的为2台，占比5%，偏差大于5%的有2台，占比5%，根据现行《Q/GDW10536-2017变压器油中溶解气体在线监测装置技术规范》规定RSD不大于5%要求，上述重复性合格率达95%，装置整体重复性检测结果较好。交叉敏感性符合A级的达32台，占比73%，符合B级的有5台，占比11%，符合C级的有1台，占比2%，不合格的有5台，占比11%。图1~图3为截止目前本年度入网检测的43台在线监测装置测量误差、交叉敏感性、重复性检测情况图。
3 在线监测装置检测指标分析
3.1 最小检测周期
通过统计数据分析，最小检测周期满足不大于2h的技术要求，无论是油色谱还是光声光谱在线监测装置均可以较好满足最小检测周期要求。
3.2 重复性
以各在线监测装置提供的对被检油样的6次检测数据，计算其相对标准偏差（RSD）。在检测浓度下不同装置的RSD数值如表1所示。参照《Q/GDW10536-2017变压器油中溶解气体在线监测装置技术规范》要求，总烃相对标准偏差应不大于5%，同时结合Q/GDW10536最新修订版装置A级评价标准，总烃相对标准偏差不应大于3%的规定。在本次检测中各装置的定量重复性除S4厂家未达标外，其余均小于5%，达到合格标准。通过表1数据可以看出，不同厂家色谱类装置重复性指标各异。从原理分析，色谱法装置数量占比少且各区间检测值均有分布，而光谱类装置数量多，分布区间都在合格范围内。结果表明：油色谱在线监测装置RSD评价指标在各区间均有分布，但大部分产品均能满足重复性不大于5%的要求，其中部分产品可达到重复性不大于3%的要求。
3.3 测量误差
参照Q/GDW10536规范要求，取高、中、低浓度下检测数据的算术平均值与实验室数据进行比较。
3.3.1 检测结果
如表2—表4所示，给出了各浓度下不同装置间的检测性能情况。
3.3.2 检测误差分析
通过表2~表4测量误差可知：色谱类装置仅S2厂家在各浓度油样中检测数据满足检测误差要求，S1、S3、S4厂家检测数据均不达标。S1厂家在中浓度下CO2检测值不合格，超出合格标准值，为正偏差，S3厂家在低浓度下H2、CO2检测值不合格，均为正偏差，高浓度和中浓度下H2检测不合格，为正偏差，S4厂家在低浓度下CO2检测不合格，为正偏差，高浓度下CO检测不合格，小于合格标准值，为负偏差。由于H2、CO2、CO溶解系数偏小，同时各检测环节容易渗入空气等原因导致对非烃类物质检测结果影响较大；而光声光谱类装置检测数据与实验室数据比较，偏差较小，均符合A级评价标准。
3.4 交叉敏感性
交叉敏感主要是针对使用半导体气敏元件作为检测器的在线监测装置，本文通过配置检测浓度油样对交叉敏感指标进行评价。检测油样中CO含量大于1000μL/L、CO2含量大于10000μL/L，H2含量小于50μL/L，C2H4或C2H6含量大于500μL/L，其他烃类含量小于10μL/L。通过表5交叉敏感性评级可知：色谱法S1、S2、S3、S4厂家装置的检测结果表现各异，其中11台色谱装置中有5台装置低于C级，合格率为55%，而光谱类32台装置中，合格率，同时达到A级的装置占比97%。对油色谱装置而言，抗交叉干扰能力依赖于色谱柱的性能，而光声光谱类装置通过选取适当波长的光源与光谱测量方法就可以对多组分特征气体进行在线监测，很大程度上避免了气体交叉干扰影响。
4 检测误差分析
通过上述分析，可以得出不同厂家、不同原理的在线监测装置检测数据偏差不一致，合格与不合格范围均有分布。基于上述分析的基础上，下面进一步明确装置检测误差产生的两个主要方面。
4.1 检测原理及方法
在绝缘油色谱检测的整个流程中，其实现方式的不同必然导致检测数据产生偏差。如在油气分离单元，就存在真空脱气、薄膜脱气、顶空脱气等多种方式；在组分分离单元也有经色谱柱分离后检测和不经色谱柱混合气体检测方法；在气体检测环节有TCD、半导体气敏元件和光谱法检测；光谱法根据检测原理分为光声法和光强法，以光强法为代表的傅里叶红外光谱法，从光的干涉出发，通过改变光路中的动镜位置将探测器感受光强变化的光信号转化为电信号，经傅里叶变换得到各频率对应的光强。而光声光谱法分为激光光谱法和红外光谱法，激光光谱法采用近红外区段，通过调制的窄带光对气体分子进行激发，以非辐射弛豫的过程将所吸收的光能转化为分子的动能，通过压强呈现与光源调制频率相同的周期性变化来进行声信号检测。红外光谱法采用中红外区段，使用宽谱光源，通过滤镜盘的旋转来选择不同的滤光片，利用斩波器实现光强调制，产生特定频率的声波。同时光声光谱系统工作模式也分为共振模式与非共振模式。因此，检测原理及工作方式的差异都会导致检测数值出现偏差。
4.2 装置出厂质量
4.2.1 硬件方面
对不同的在线监测装置而言，组部件本身以及和软件的适配度至关重要。油色谱在线监测装置检测功能的实现依赖于多个零部件共同参与，各厂家分别各自独立采购组装，即使对同一检测原理，不同厂家也会使用不同灵敏度和检测性能的组部件来实现其功能，以综合考虑装置的经济性。因此，各单元检测精度、工作稳定性、零部件之间的性能匹配在不同运行条件下是否达到更优、最稳定范围，是否利于装置现场检测等还有待于深入分析研究。
4.2.2 软件方面
对于油色谱类在线监测装置，其参数的计算和校验过程一般通过修正参数达到减小测量误差的目的，对于部分厂家而言通过手动调整参数校准。例如：采用调整峰高或峰面积校正离线参数K，进行浓度定量，即采用K值的修正使在线监测结果偏差在合格范围内。而自动校准则是采用软件算法自动修正参数。例如：在线监测装置通过标气和标油的校正后，计算设备校正区间范围，系统根据现场采集的油样浓度，选择对应的校正系数进行比对，自动调整参数K值，从而达到使检测结果偏差缩小的目的。
5 结语
通过对湖北电网2021年度变压器油色谱在线监测装置入网检测工作开展，分析在线监测装置入网检测数据准确性及误差产生的主要原因，基于检测数据分析，可得出以下结论：
1）各在线监测装置对乙炔气体组分含量的最小检测浓度均不大于0.5μL/L，基本能够满足对运行设备的故障检测和诊断要求；
2）重复性是在线监测装置工作稳定性评价的关键指标，根据目前在线监测装置入网检测情况，重复性检测指标较好，绝大部分分布在3%以内；
3）目前变压器在线监测装置的选用应综合考虑装置的检测情况、重要程度等因素，选用符合Q/GDW10536等标准要求且型式试验合格的在线监测装置，对于重要变电站建议选用准确性更高，符合A级的免维护装置
