基于氣相色譜技術(shù)在大型電力變壓器油枕中混合氣體分析與研究

摘 要：大型電力變壓器是輸變電系統(tǒng)中最重要、最昂貴的設備之一，其絕緣狀況的優(yōu)劣，關(guān)系到電力系統(tǒng)能否安全可靠地運行。國內(nèi)外對變壓器油中溶解氣體分析，即DGA的大量研究與實踐表明，變壓器油中溶解的H2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、CO和CO2等氣體成分的含量、產(chǎn)氣速率及其含量之間的比值是反映變壓器內(nèi)部絕緣狀態(tài)的可靠信息，能比較靈敏并準確地發(fā)現(xiàn)變壓器潛伏性缺陷和故障，普遍認為DGA檢測是診斷變壓器絕緣故障的有力手段，將DGA檢測裝置安裝在運行中的變壓器身上，現(xiàn)場實時采集和檢測變壓器油枕中的氣體成為該領(lǐng)域的一個熱點，并且如何提高現(xiàn)場檢測的靈敏度和精度，使其更加可靠，成為一項急需解決的問題。

關(guān)鍵詞：氣相色譜；大型電力變壓器；DGA檢測；變壓器油枕中混合氣體

中圖分類號：TE626.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2015） 02-0000-01

基于氣相色譜技術(shù)的電力變壓器油枕中混合氣體分析裝置，屬于電力設備狀態(tài)檢測技術(shù)領(lǐng)域，該裝置專門用于對電力變壓器油枕中的混合氣體進行色譜分析。針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于氣相色譜技術(shù)的電力變壓器油中溶解氣體分析裝置，使其能用于在線或現(xiàn)場檢測各種故障特征氣體，實現(xiàn)了自動取樣，自動選擇，自動分析，具有靈敏度高、精度高和可靠性好等優(yōu)點。

一、基于氣相色譜技術(shù)的分析裝置的技術(shù)特點

克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能用于對大型電力變壓器在線或現(xiàn)場檢測各種故障特征氣體，靈敏度高、精度高和可靠性好的基于氣相色譜技術(shù)的電力變壓器油枕中混合氣體分析裝置。

（1）具有在線檢測和實驗室使用。

（2）一次進樣，雙氣路，常量、微量同時分析。

（3）分析速度快，精度高，可以配合各種型號色譜處理機。

（4）采用嵌入式電子技術(shù)和PLC自動化控制。

二、基于氣相色譜技術(shù)的分析裝置的結(jié)構(gòu)組成

氣相色譜技術(shù)的電力變壓器油枕中混合氣體分析裝置，包括變壓器油枕、真空泵、載氣（H2）瓶，輔助氣（N2）瓶，助燃氣（空氣）瓶，凈化器，穩(wěn)壓閥，針閥，流量計，熱導檢測器，十通閥，堿石棉柱，色譜柱室，5A分子篩色譜柱，TDX-01碳分子篩柱，轉(zhuǎn)化爐，氫火焰檢測器，十通閥和色譜柱室，其特征在于：變壓器油枕與十通閥相連接，十通閥同時連接熱導檢測器和色譜柱室，熱導檢測器連接載氣瓶，色譜柱室通過轉(zhuǎn)化爐連接氫火焰檢測器，氫火焰檢測器的兩開口分別連接至輔助氣瓶和助燃氣瓶。轉(zhuǎn)化爐設于單獨的密閉空間中，在溫度為360℃下，利用鎳的催化作用，將CO和CO2置換成CH4，這樣，氫火焰檢測器就能與之反應，檢測其濃度，達到同時檢測CO、CH4和CO2三種氣體的目的，檢測后的信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺儆捎嬎銠C計算出被測氣體各組份的含量。

三、基于氣相色譜技術(shù)的分析裝置的分析原理

真空泵用于將待檢測氣體從變壓器油枕中抽出。每個變壓器的油枕的頂端，分別有兩個電磁閥控制氣體的進出。然后通過管道連接至十通閥。氫火焰檢測器和色譜柱室之間另設一個獨立的空間，在此空間內(nèi)放置一轉(zhuǎn)換爐。轉(zhuǎn)化爐是在溫度為360℃下，利用鎳的催化作用，將CO和CO2置換成CH4，這樣，氫火焰檢測器就能與之反應，檢測其濃度，達到同時檢測CO、CH4、CO2三種氣體的目的。在轉(zhuǎn)化爐之前，串有TDX-01碳分子篩色譜柱。

熱導檢測器是根據(jù)不同物質(zhì)和載氣不同的熱導系數(shù)，當通過熱導的氣體及其濃度發(fā)生變化時，就會從其中的熱敏元件上帶走不等的熱量，引起其阻值的變化，通過電橋可以測量出變化的阻值。在熱導檢測器之前串有5A分子篩用于分離O2和N2，氣體通過熱導檢測器檢測其含量。TDX-01柱用于分離CO、CH4、CO2，主要用于微量檢測，并通過轉(zhuǎn)化爐轉(zhuǎn)換檢測CH4氣體。檢測其他氣體時可更換色譜柱。

本裝置整個分析過程可以在十分鐘以內(nèi)完成。真空泵通過電子閥門的調(diào)節(jié)，將變壓器油枕內(nèi)的混合氣體抽入十通閥中，然后再通過載氣帶動檢測氣體進行色譜測量。這個過程大約需要幾分鐘的時間。檢測記錄的電信號會經(jīng)微電流放大器后至計算機，從而在記錄紙上繪出色譜峰，根據(jù)色譜峰計算出各組分的含量。

檢測O2和N2的氣路：載氣H2經(jīng)過凈化器后，祛除水份和有機雜質(zhì)進入色譜儀。在色譜儀內(nèi)先由穩(wěn)壓閥將載氣壓力恒定，轉(zhuǎn)子流量計可指示氣體流量。氧氣和氮氣的檢測，在真空泵的作用下，變壓器甲或乙中的混合氣體，在電磁閥的控制下進入色譜儀中的十通閥。經(jīng)過堿石棉柱將CO2吸附，進入5A分子篩之后，經(jīng)熱導檢測器的檢測，將檢測信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺俳?jīng)計算機計算出被測氣體各組份的含量。

檢測CO、CH4、CO2的氣路：氫火焰檢測器除了載氣外，還有輔助氣N2和助燃氣空氣。輔助氣經(jīng)凈化器，穩(wěn)壓閥后進入氫火焰檢測器。助燃空氣經(jīng)凈化器、穩(wěn)壓閥后進入氫火焰檢測器。CO、CH4、CO2的檢測，在真空泵的作用下，變壓器甲或乙中的混合氣體，在電磁閥的控制下進入色譜儀中的十通閥。通過TDX-01碳分子篩柱，轉(zhuǎn)化爐，進入氫火焰檢測器。輸出的電信號經(jīng)微電流放大后至電子計算機計算出被測氣體各組份的含量。

四、基于氣相色譜技術(shù)的分析裝置的效果

基于氣相色譜技術(shù)的電力變壓器油枕中混合氣體分析裝置的效果是：

（1）能用于大型電力變壓器在線檢測各種故障特征氣體：設置十通閥、轉(zhuǎn)化爐、氫火焰檢測器、5A分子篩和TDX-01柱，能實現(xiàn)同時檢測CO、CH4和CO2三種氣體的目的，檢測后的信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺俳?jīng)計算機計算出被測氣體各組份的含量，實現(xiàn)大型電力變壓器在線檢測各種故障特征氣體；

（2）測量靈敏度高、精度高、可靠性好：整套系統(tǒng)的檢測過程可以在十分鐘以內(nèi)完成，微量分析檢測濃度達到1ppm，常量分析濃度達到0.1%～0.2%。

五、結(jié)束語

利用氣相色譜技術(shù)在大型電力變壓器油枕中混合氣體分析研究，涉及的是一種變壓器油中溶解氣體檢測裝置，該檢測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)變壓器在線檢測，及時分析檢測變壓器線圈和變壓器油的運行情況，對變壓器線圈發(fā)生故障做到提前預報，預防了變壓器因線圈及絕緣件損壞造成的重大事故。保證了大型變壓器的安全運行。

參考文獻：

[1]丁嵐.頂空/氣相色譜法測定固體廢物中的揮發(fā)性有機物[J].廣東化工，2011（03）.

[作者簡介]司志國（1957.01-），男，山東淄博人，本科，高級工程師，副總經(jīng)理，研究方向：工業(yè)自動化。