變壓器油的氣相色譜分析淺析

呂明

【摘要】 本文主要對變壓器油的氣相色譜分析的特征氣體、產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儀器做一說明。

【關鍵詞】 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備的礦物型絕緣油。一般有25#和45#兩種變壓器油。運行中的電力設備一般只能按周期停電進行預試檢查，而且變壓器等密封設備根本看不到內部情況。電力變壓器的絕緣油氣相色譜分析可以很好的補充這一缺陷，而且經過精密的計算和分析可以大概判斷出設備內部的情況。氣相色譜分析是對設備內的油進行的分析，從分析溶解于變壓器中氣體來診斷內部存在的故障。

二、氣相色譜分析的特征氣體及產生的原理

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）。在對所做油樣的品質進行判定時，還要對總烴含量做判斷。總烴即甲烷、乙烷、乙烯、乙炔四種烴類氣體的總和。在對油品檢驗之后，我們需要對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分解出什么氣體。

產氣原理：運行中的變壓器油在進行氣相色譜分析的時候一般會檢測出特征氣體和總烴。那么這些氣體又是從哪里來的呢？首先，絕緣油是由許多不同分子量的碳氫化合物分子組成的混合物，分子中含有CH3*、CH2*和CH*化學基團，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定的碳氫化合物的自由基，它們通過復雜的化學反應迅速重新化合，形成氫氣和低分子烴類氣體。在低能量故障時，如局部放電。通過離子反應促使最弱的C-H鍵斷裂，主要重新化合成H2而積累。對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氣體，依次需要越來越高的溫度和越來越多的能量。其次，固體絕緣材料的分解也會產生部分特征氣體。紙、層壓板或木塊等固體絕緣材料分子內含有大量的無水右旋糖環和弱的C-O鍵，它的熱穩定性比油中的碳氫鍵要軟，并能在較低的溫度下重新化合。在生成水的同時生成大量的CO和CO2及少量的烴類氣體，同時油被氧化。

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注意，所取油樣應能代表油箱本體的油。一般應在設備下部的取樣閥門取油樣，在特殊情況下，可在不同的取樣部位取樣。取樣量，對大油量的變壓器、電抗器等均可為50-80mL，對少油量的設備要盡量少取，以夠用為限。對電力變壓器及電抗器，一般可在運行中取油樣。需要設備停電取樣時，應在停運后盡快取樣。對可能產生負壓的密封設備，禁止在負壓下取樣以防止負壓進氣。

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，均用氣相色譜儀進行組分和含量的分析。分析對象為：

——氫（H2）；

——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，但可作為輔助判據，對其應盡可能的分析。

對于對氣體分析的氣相色譜儀也應注意滿足下列要求：

a）色譜柱對所監測組分的分離度應滿足定量分析要求；

b）儀器極限穩定，有足夠的靈敏度。對油中的溶解氣體各組分的最小檢知濃度應滿足下表要求；

氣體組分 最小檢知濃度

C2H2 ≤0.1

H2 ≤5

CO ≤20

CO2 ≤30

c）用轉化法在氫火焰離子化檢測器上測定CO、CO2時應對鎳觸媒將CO、CO2轉化為甲烷的轉化率作考察。可能影響轉化率的因素是鎳觸媒的質量、轉化溫度和色譜柱容量。

在對氣樣分期前應先使用外標法對各組分進行定性和定量分析。用測量每個組分的保留時間對各組分定性。用測量器色譜峰面積或峰高進行定量。外標法所用的標氣應為：有國家計量部門認證的單位專門配置并經準確標定的混合氣樣；對個測定組分有適當濃度；在有效期內使用。使用合格的標氣對設備標定后，所檢測的氣體組分應和標準氣體的出廠組分表對照，誤差不應大于0.5%。

氣體的進樣通常使用注射器進樣。應選用氣密性好并進過校準的注射器，以保證良好的進樣體積的準確度。

五、檢測油中溶解氣體的其他儀器

便攜式檢測儀便于現場運行人員及時了解設備臃腫溶解氣體的狀況，作為進一步實驗或檢測的基礎。而在線檢測設備則有利于隨時監視油中的溶解氣體含量。當設備出現異常時，可及時以聲光報警。所有的在線檢測儀在出現聲光報警時，都必須由實驗室氣相色譜儀分析設備油中溶解氣體的組分和含量，再進行進一步判斷。