便攜式色譜儀分析油中溶解氣體的現場應用

王 勝，魯建國，張建浩

（紹興電力局，浙江 紹興 312000）

0 引言

采用氣相色譜分析法對油中溶解氣體進行分析，可以盡早發現充油設備的潛伏性故障，通過跟蹤檢測還能掌握潛伏故障的發展趨勢及危害程度，是監督與保障設備安全運行的重要手段。但是，常規的氣相色譜分析方法一般要在實驗室進行，分析過程比較復雜，還存在取樣、送樣等中間環節，分析時間過長，當取樣點離實驗室較遠時，其劣勢更為明顯。

隨著國民經濟的快速增長，對電能質量要求不斷提高，設備允許停電時間大大縮短，用常規色譜分析手段更是顯得力不從心。為此，紹興電力局在生產中引入了便攜式色譜儀，實際應用表明效果比較明顯。

1 便攜式色譜儀的類型

1.1 基于色譜分析原理的便攜式色譜儀

該類便攜式色譜儀采用經典的油中溶解氣體色譜分析原理，配有載氣系統、色譜柱、微型熱導、氫焰監測器和微型轉化爐，實現了小型化、集約化，體積小，重量輕，方便攜帶。油樣分析過程與實驗室分析類似，先對油樣振蕩脫氣，脫出氣樣后用外接載氣攜帶至色譜柱實現組分分離，最后在檢測器中完成分析。該類色譜儀的典型產品有河南中分2000型色譜儀等。

1.2 基于光聲光譜技術的便攜式色譜儀

光聲光譜是基于光聲效應的一種光譜技術[1]，其測量原理如圖l所示。光線經調制、濾光以后進入氣體樣品池。其上開孔并以恒定速率轉動的調制盤將光源調制為閃爍的交變信號。由一組濾光片實現分光，每個濾光片允許透過1個窄帶光譜，其中心頻率分別與預選的氣體特征吸收頻率相對應。經調制后的各氣體特征頻率處的光線以調制頻率反復激發樣品池中相應的氣體分子，引起氣體局部加熱，從而在氣池中產生壓力波（聲波），使用麥克風可以檢測該壓力的變化。根據氣體體積分數與聲波強度的定量關系，就可以準確計量氣池中各氣體的體積分數。

圖1 光聲光譜測量原理

儀器采用動態頂空平衡方式實現油樣脫氣[2]，工作原理如圖2所示。按常規用注射器采集油樣，然后將油樣直接注入儀器頂空氣分析器的樣品瓶。隨后對油樣進行電磁攪動使其中的溶解氣體不斷釋放，同時使釋出的氣體在氣路內循環，一旦氣液相濃度達到平衡狀態，儀器內的光聲光譜測量模塊即對氣樣進行分析，系統不需外接載氣。該類儀器的代表為英國Kleman公司生產的系列產品。

圖2 樣品脫氣工作原理

2 中分2000型便攜式色譜儀應用實例

2．1 系統組成及主要技術指標

該便攜式色譜儀采用氣體色譜分析原理，其分析流程如圖3所示。系統主要包括色譜分析主機及工作站、便攜式振蕩儀、便攜式氣源箱（載氣及標氣）等部件。

圖3 中分2000便攜式色譜儀分析流程

便攜式色譜儀的主要技術指標如下：

（1）分析組分： 能檢測 H2，CH4，C2H6，C2H4，C2H2，CO，CO2共 7種組分。

（2）分析周期小于 8 min。

（3）最小檢測濃度：烴類為 0.1 μL/L，H2為2 μL/L，CO 為 5 μL/L，CO2為 10 μL/L。

2．2 實際應用情況

中分2000便攜色譜儀包括了實驗室試驗的所有部件，且通過集成達到了小型化的要求，便于攜帶，連接、操作簡單方便，分析過程與實驗室相同。便攜式色譜儀的最大優點是在檢修現場就能進行分析，避免了送樣環節，大大縮短了得出結果的時間。但分析數據是否能作為判斷依據？為此在實驗室對該色譜儀與實驗室色譜儀進行了比較試驗。表1為2種方式的對比試驗數據。

從表中對比數據看出，該便攜式色譜儀與實驗室儀器的分析結果有很好的可比性和一致性。經多次試驗，該儀器的穩定性和試驗重復性表現也較好，以下2次生產現場應用實例也充分說明了這一點。

（1）2009年5月，某110 kV變電所集中檢修，檢修采用變電所全停方式，要求當天完成所有檢修任務，主變壓器當天復役。油樣分析的主要任務是完成1號主變壓器110 kV 3支套管的油樣檢測。工作從上午9時開始，取樣后在現場進行色譜分析，2 h后完成整個試驗過程。從分析結果看，便攜式色譜儀的檢測結果是可信的。表2為便攜式色譜儀現場試驗結果與同一樣品在實驗室隨后進行的試驗結果的比較。

表1 便攜式色譜儀與實驗室對比試驗數據 μL/L

表2 1號主變壓器110 kV套管便攜式色譜儀試驗數據與實驗室數據比較 μL/L

表3 1號主變壓器便攜式色譜儀試驗數據與實驗室歷史數據比較 μL/L

現場試驗表明，與常規試驗相比，色譜分析所花的時間大大縮短，為檢修人員贏取了更多設備檢修時間。但在試驗中也發現了不足之處：由于儀器所配振蕩儀每次只能振蕩2只油樣，若要完成3只油樣就需振蕩2次，延長了試驗時間，因此有待廠家改進。

（2）某110 kV主變壓器發生故障停運，相關人員用便攜色譜儀在現場進行試驗分析，得出試驗結果后與該主變壓器歷史數據進行比較，認定主設備無問題。因其他專業找到了故障原因，經現場各方專家綜合分析后，決定避開故障點，對主變壓器復役。由于故障分析過程中等待色譜分析結果的時間大大縮短，從而也縮短了主變壓器停役時間。表3為該主變壓器現場分析結果與留存實驗室的歷史數據的比較。

3 結語

實際應用表明，性能良好的便攜式色譜儀的試驗精度可以達到實驗室試驗精度要求，同時由于其體積小、重量輕、便于攜帶，實現了現場就地檢測分析功能，彌補了試驗室色譜分析的不足。在目前對供電可靠性要求越來越高的情況下，應充分推廣和應用這種檢測新技術，在現場對運行設備的健康狀況迅速作出準確判斷，以保證電網設備安全、提高供電可靠性。

便攜色譜分析技術還處在不斷發展和成熟的過程，儀器配置成本較高，因此在選型時應充分考慮其穩定性、檢測能力以及試驗數據是否與實驗室數據有可比性等方面，使便攜式色譜儀能真正為生產服務。

[1]劉先勇，周方潔，胡勁松，等.光聲光譜在油中氣體分析中的應用前景[J].變壓器，2004，41（7）:30-33.

[2]劉成剛，許維宗.絕緣油溶解氣體及微水分析中的便攜式光聲光譜儀[J].華中電力，2005，18（6）:49-51.