氣相色譜技術在變壓器故障分析中的運用

摘 要:色譜法又稱“色譜分析”、“色譜分析法”、“層析法”，是一種分離和分析方法，在分析化學、有機化學、生物化學等領域有著非常廣泛的應用。色譜法利用不同物質在不同相態的選擇性分配，以流動相對固定相中的混合物進行洗脫，混合物中不同的物質會以不同的速度沿固定相移動，最終達到分離的效果。色譜法起源于20世紀初，1950年代之后飛速發展，并發展出一個獨立的三級學科-色譜學。歷史上曾經先后有兩位化學家因為在色譜領域的突出貢獻而獲得諾貝爾化學獎，此外色譜分析方法還在12項獲得諾貝爾化學獎的研究工作中起到關鍵作用。

關鍵詞:氣體分析; 變壓器; 內部故障; 判斷

中圖分類號:TB

文獻標識碼:A

文章編號:1672-3198(2010)09-0322-01

1 氣相色譜法一般流程

氣相色譜法的一般流程主要包括三部分:載氣系統、色譜柱和檢測器。

表1 氣相色譜法流程

序號流程圖說明

1 1.分兩次進樣:進樣Ⅰ(FID)測C1∽C2，進樣Ⅱ(TCD)測H2、O2(N2)，(FID)測CO、CO2

2.此流程適合于一般儀器;

3.圖中Ni表示鎳觸媒轉化器，Air、N2、Ar、H2分別表示空氣、氮氣、氬氣、氫氣

2 1.一次進樣，雙柱并聯二次分流控制:(TCD)測H2、O2，(FID1)測C1∽C2、CO、CO2

2.此流程適合于一般儀器;

3.同序號1中說明3;

4.此流程若采用三檢測器(TCD和雙FID)柱Ⅰ(FID1)測C1∽C2

柱Ⅱ(TCD)測H2、O2(N2)，轉化器后接(FID2)測CO、CO2

3 1.一次進樣，自動閥切換操作:

閥切換在如圖位置時:(TCD)測H2、O2(N2)(FID)測CH4、CO2閥切換脫開柱Ⅱ，連通針閥時:(FID)測CO2、C1∽C2

2.此流程適合于自動分析儀器;

3.同序號1中說明3

由此可見，氣相色譜的分離原理是利用不同物質在兩相間具有不同的分配系數，當兩相作相對運動時，試樣的各組分就在兩相中經反復多次地分配，使得原來分配系數只有微小差別的各組分產生很大的分離效果，從而將各組分分離開來。然后再進入檢測器對各組分進行鑒定。2 變壓器的故障產生的氣體及故障類型

表2 不同故障類型產生的氣體組分

序號故障性質特征氣體的特點

1一般過熱性故障總烴較高，C2H2小于5uL/L的注意值，產氣的速率較慢

2嚴重過熱性故障總烴較高，C2H2可能大于5uL/L，H2的含量較高，產氣速率快

3局部放電總烴不高，H2的含量大于150 uL/L的注意值，CH4占總烴主要成份

4火花放電總烴不高，C2H2含量較高，往往大于10uL/L，H2的含量較高

5電弧放電總烴高，C2H2含量高往往構成總烴的主要成分，H2的含量高

當故障涉及到固體絕緣時會引起一氧化碳和二氧化碳含量的明顯增長。但根據現有統計資料，固體絕緣的正常老化過程與故障情況下劣化分解，表現在油中一氧化碳的含量上，一般情況下沒有嚴格的界限，二氧化碳含量的規律更不明顯。因此，在考察這兩種氣體含量時更應結合具體變壓器的結構特點(如油保護方式)、運行溫度、負荷情況、運行歷史等情況加以綜合分析。

對開放式變壓器一氧化碳含量一般在300ppm以下。如總烴含量超出正常范圍，而一氧化碳含量超過300ppm，應考慮有涉及到固體絕緣過熱的可能性;如一氧化碳含量雖然超過300ppm，但總烴含量在正常范圍，一般可認為是正常的;對某些有雙餅式線圈帶附加外包絕緣的變壓器，當一氧化碳含量超過300ppm時，即使總烴含量正常，也可能有固體絕緣過熱故障。

對貯油柜中帶有膠囊或隔膜的變壓器，油中一氧化碳含量一般均高于開放式變壓器。

突發性絕緣擊穿事故時，油中溶解氣體中的一氧化碳、二氧化碳含量不一定高，應結合氣體繼電器中的氣體分析作判斷。

3 診斷變壓器等充油設備內部的潛伏性故障

在診斷變壓器等充油設備內部的潛伏性故障時，應綜合考慮以下三個方面的因素，做到準確判斷變壓器的故障類型及故障的大致部位:

3.1 故障下產氣的累計性

充油電氣設備的潛伏性故障所產生的可燃性氣體大部分會溶解于油。隨著故障的持續，這些氣體在油中不斷積累，直至飽和甚至析出氣泡。因此，油中故障氣體的含量及其累計程度是診斷故障的存在與發展情況的一個依據。

3.2 故障下產氣的速率

正常情況下充油電氣設備在熱和電場的作用下也會老化分解出少量的可燃性氣體，但產氣速率很緩慢。當設備內部存在故障時，就會加快這些氣體的產氣速率。因此，故障氣體的產氣速率，也是診斷故障的存在與發展程度的另一個依據。

3.3 故障下產氣的特征性

變壓器內部在不同故障下產生的氣體有不同的特征。例如局部放電時總會有氫;較高溫度的過熱時總會有乙烯;而電弧放電時也總會有乙炔。因此，故障下產氣的特征性是診斷故障性質的又一個依據。

在用氣相色譜連續檢測充油電氣設備內部故障的過程中，如果發現油中各種氣體的含量中有一項達到了注意值范圍時，應開始引起注意，采取措施進行其它電氣試驗等，以便對設備有無異常作出分析和判斷。當試驗結果中一項超過注意值上限時，應采取措施，盡早停止運行，并用其它試驗進行驗證，進一步找出故障點，防止重大事故的發生。

用氣相色譜法對充油電氣設備油中氣體含量的分析，能判明設備存在的故障，更重要的是分析判斷故障的性質，是過熱性故障還是放電性故障及故障的大概部位是在裸金屬部分還是介入了固體絕緣，從而進一步估計故障的危害性，以便及時采取措施，作出正確處理，防患于未然。

4 結語

利用氣相色譜分析變壓器油的氣體組分及其含量，能夠使技術人員充分掌握并監測變壓器的運行狀態，能夠提前知道變壓器內部是否存在潛伏性故障，即在變壓器運行中(不停電、不吊芯的情況下)，通過常規檢測及色譜分析就可以把變壓器內有無故障、有什么樣性質的故障診斷出來，這對于變壓器的維護保養起到關鍵性的指導作用，從而更好地保證電力系統的安全運行。

參考文獻

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