變壓器油的氣相色譜分析淺析

呂明

【摘要】 本文主要對(duì)變壓器油的氣相色譜分析的特征氣體、產(chǎn)氣原理以及氣相色譜分析的取樣方法和一些常用的便攜式檢測(cè)儀器做一說(shuō)明。

【關(guān)鍵詞】 變壓器 絕緣油 色譜分析

一、氣相色譜分析的意義

變壓器油是指用于變壓器、電抗器、互感器、套管、油斷路器等輸變電設(shè)備的礦物型絕緣油。一般有25#和45#兩種變壓器油。運(yùn)行中的電力設(shè)備一般只能按周期停電進(jìn)行預(yù)試檢查，而且變壓器等密封設(shè)備根本看不到內(nèi)部情況。電力變壓器的絕緣油氣相色譜分析可以很好的補(bǔ)充這一缺陷，而且經(jīng)過(guò)精密的計(jì)算和分析可以大概判斷出設(shè)備內(nèi)部的情況。氣相色譜分析是對(duì)設(shè)備內(nèi)的油進(jìn)行的分析，從分析溶解于變壓器中氣體來(lái)診斷內(nèi)部存在的故障。

二、氣相色譜分析的特征氣體及產(chǎn)生的原理

體征氣體：氣相色譜分析的特征氣體主要有氫氣（H2）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）。在對(duì)所做油樣的品質(zhì)進(jìn)行判定時(shí)，還要對(duì)總烴含量做判斷?？偀N即甲烷、乙烷、乙烯、乙炔四種烴類(lèi)氣體的總和。在對(duì)油品檢驗(yàn)之后，我們需要對(duì)不合格的油品分析其不合格的原因。那么，就需要我們大概清楚在什么情況下會(huì)分解出什么氣體。

產(chǎn)氣原理：運(yùn)行中的變壓器油在進(jìn)行氣相色譜分析的時(shí)候一般會(huì)檢測(cè)出特征氣體和總烴。那么這些氣體又是從哪里來(lái)的呢？首先，絕緣油是由許多不同分子量的碳?xì)浠衔锓肿咏M成的混合物，分子中含有CH3*、CH2*和CH*化學(xué)基團(tuán)，并由C-C鍵鍵合在一起。由電或熱故障可以使某些C-H鍵和C-C鍵斷裂，伴隨生成少量活潑的氫原子和不穩(wěn)定的碳?xì)浠衔锏淖杂苫?，它們通過(guò)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)迅速重新化合，形成氫氣和低分子烴類(lèi)氣體。在低能量故障時(shí)，如局部放電。通過(guò)離子反應(yīng)促使最弱的C-H鍵斷裂，主要重新化合成H2而積累。對(duì)C-C鍵的斷裂需要較高的溫度，然后遜色以C-C鍵、C=C鍵和C三C鍵的形式重新化合成烴類(lèi)氣體，依次需要越來(lái)越高的溫度和越來(lái)越多的能量。其次，固體絕緣材料的分解也會(huì)產(chǎn)生部分特征氣體。紙、層壓板或木塊等固體絕緣材料分子內(nèi)含有大量的無(wú)水右旋糖環(huán)和弱的C-O鍵，它的熱穩(wěn)定性比油中的碳?xì)滏I要軟，并能在較低的溫度下重新化合。在生成水的同時(shí)生成大量的CO和CO2及少量的烴類(lèi)氣體，同時(shí)油被氧化。

三、氣相色譜分析油樣的取樣方法

氣相色譜分析的取樣部位應(yīng)注意，所取油樣應(yīng)能代表油箱本體的油。一般應(yīng)在設(shè)備下部的取樣閥門(mén)取油樣，在特殊情況下，可在不同的取樣部位取樣。取樣量，對(duì)大油量的變壓器、電抗器等均可為50-80mL，對(duì)少油量的設(shè)備要盡量少取，以夠用為限。對(duì)電力變壓器及電抗器，一般可在運(yùn)行中取油樣。需要設(shè)備停電取樣時(shí)，應(yīng)在停運(yùn)后盡快取樣。對(duì)可能產(chǎn)生負(fù)壓的密封設(shè)備，禁止在負(fù)壓下取樣以防止負(fù)壓進(jìn)氣。

四、氣體分析方法

從油中得到的溶解氣體的氣樣及從氣體繼電器所取的祁陽(yáng)，均用氣相色譜儀進(jìn)行組分和含量的分析。分析對(duì)象為：

——?dú)洌℉2）；

——甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）；

——一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）。

氧O2、氮N2雖不做判斷指標(biāo)，但可作為輔助判據(jù)，對(duì)其應(yīng)盡可能的分析。

對(duì)于對(duì)氣體分析的氣相色譜儀也應(yīng)注意滿(mǎn)足下列要求：

a）色譜柱對(duì)所監(jiān)測(cè)組分的分離度應(yīng)滿(mǎn)足定量分析要求；

b）儀器極限穩(wěn)定，有足夠的靈敏度。對(duì)油中的溶解氣體各組分的最小檢知濃度應(yīng)滿(mǎn)足下表要求；

氣體組分 最小檢知濃度

C2H2 ≤0.1

H2 ≤5

CO ≤20

CO2 ≤30

c）用轉(zhuǎn)化法在氫火焰離子化檢測(cè)器上測(cè)定CO、CO2時(shí)應(yīng)對(duì)鎳觸媒將CO、CO2轉(zhuǎn)化為甲烷的轉(zhuǎn)化率作考察。可能影響轉(zhuǎn)化率的因素是鎳觸媒的質(zhì)量、轉(zhuǎn)化溫度和色譜柱容量。

在對(duì)氣樣分期前應(yīng)先使用外標(biāo)法對(duì)各組分進(jìn)行定性和定量分析。用測(cè)量每個(gè)組分的保留時(shí)間對(duì)各組分定性。用測(cè)量器色譜峰面積或峰高進(jìn)行定量。外標(biāo)法所用的標(biāo)氣應(yīng)為：有國(guó)家計(jì)量部門(mén)認(rèn)證的單位專(zhuān)門(mén)配置并經(jīng)準(zhǔn)確標(biāo)定的混合氣樣；對(duì)個(gè)測(cè)定組分有適當(dāng)濃度；在有效期內(nèi)使用。使用合格的標(biāo)氣對(duì)設(shè)備標(biāo)定后，所檢測(cè)的氣體組分應(yīng)和標(biāo)準(zhǔn)氣體的出廠組分表對(duì)照，誤差不應(yīng)大于0.5%。

氣體的進(jìn)樣通常使用注射器進(jìn)樣。應(yīng)選用氣密性好并進(jìn)過(guò)校準(zhǔn)的注射器，以保證良好的進(jìn)樣體積的準(zhǔn)確度。

五、檢測(cè)油中溶解氣體的其他儀器

便攜式檢測(cè)儀便于現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員及時(shí)了解設(shè)備臃腫溶解氣體的狀況，作為進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)或檢測(cè)的基礎(chǔ)。而在線檢測(cè)設(shè)備則有利于隨時(shí)監(jiān)視油中的溶解氣體含量。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)，可及時(shí)以聲光報(bào)警。所有的在線檢測(cè)儀在出現(xiàn)聲光報(bào)警時(shí)，都必須由實(shí)驗(yàn)室氣相色譜儀分析設(shè)備油中溶解氣體的組分和含量，再進(jìn)行進(jìn)一步判斷。