變壓器油中糠醛含量的檢測

唐 峰 呂啟深 向 真 郁 光 方 華

(1.深圳供電局電力科學研究院，深圳 518002；2.上海華愛色譜分析技術有限公司，上海 200940)

大多數電氣設備都是采用油絕緣和紙絕緣組成的絕緣系統，變壓器也不例外。在長期運行的過程中，油紙絕緣材料會老化，絕緣水平會隨之降低。檢測變壓器的重要指標之一就是評估油紙絕緣的老化程度，而糠醛是評估油紙絕緣老化程度的重要指標[1，2]。目前，檢測油中糠醛的手段有鹽酸羥胺肟化法(國標法)、氣相色譜法、電位滴定法、紫外分光光度法、高效液相色譜法等[3]，其中主要檢測油中糠醛的手段是高效液相色譜法，但這種方法的檢測程序很繁瑣，過程中需要用到有毒溶劑，對操作人員的要求高，且最小檢出濃度不高[4]。而本文介紹了一種氣相色譜法對變壓器油中糠醛進行檢測，其準備工作少，分析時間短，效率較高，具有很強的實時檢測性，能夠作為一項高效準確的測量方法。

1 實驗

1.1 實驗方法

本方法采用去離子水萃取的方式從變壓器油中將糠醛萃取出來后，直接將其水溶液進樣到氣相色譜中，并利用氦離子化氣相色譜儀對其分析。

1.2 萃取方法

萃取是指利用物質在兩種互不溶(或微溶)溶劑 中溶解度或分配系數的不同，使化合物從一種溶劑中轉移到另外一種溶劑中，從而達到提取或純化目的的一種操作。本實驗以去離子水作為萃取液，萃取變壓器油中的糠醛。具體萃取方法：移取一定量的去離子水和糠醛油樣置于試管中，利用振蕩儀使油樣及去離子水充分混合，以便去離子水萃取出變壓器油中的糠醛，然后置于離心機中高速離心，使萃取液與油樣分離，取上層清液，即完成萃取過程。

1.3 實驗準備

1.3.1實驗儀器與試劑

儀器：GC-9560氦離子化氣相色譜儀(上海華愛)；恒溫振蕩器(常州國華)；離心機 (北京醫用離心機廠)；電子天平(舜宇恒平)。

試劑：去離子水；糠醛(99.5%標準樣品)。

1.3.2標油的配制

實驗采用糠醛標樣和變壓器新油一起配制出不同糠醛濃度的樣品。新油為克拉瑪依25號變壓器新油，為排除變壓器油中水分和空氣以及各類氣泡等雜質的影響，在配制糠醛標樣以前，需要對變壓器新油進行一定程度的預處理，其具體操作為：將新油在烘箱中80℃連續加熱72 h，去除水分影響，再將油樣用布氏漏斗和真空泵分別進行抽濾和真空處理，除去其中的雜質和氣泡。稱取0.125g經過蒸餾的糠醛，移入500mL的容量瓶，加入處理好的新油至刻度500mL[5]，磁力攪拌5min，靜置5h，得到糠醛溶液，濃度為250mg/L。然后取20mL糠醛溶液定容到到500mL的容量瓶中，混合形成第1次稀釋后的糠醛油樣為底樣濃度為10mg/L。再取10mL底樣用純變壓器油定容到到100mL的容量瓶中，混合形成第2次稀釋后的糠醛油樣標為標樣1。再取5mL的底樣用純變壓器油定容到到100mL的容量瓶中，混合形成第2次稀釋后的糠醛油樣標為標樣2，取10mL的標樣1用純變壓器油定容到到100mL的容量瓶中，混合形成第3次稀釋后的糠醛油樣標為標樣3，以此方法按照適合的比例稀釋得到6種濃度梯度的標準樣標樣1～標樣6，濃度分別為：1mg/L、0.500mg/L、0.100mg/L、0.050mg/L、0.010mg/L、0.005mg/L。

1.3.3糠醛的萃取

從1.3.2所配制的6種含有不同濃度糠醛的標準油樣中分別取70mL并分別與7mL去離子水按照10∶1的比例在6個100mL錐形瓶中混合，磁力攪拌15min使萃取充分，然后分別倒入100mL離心管中，在8500r/min下離心5min，取出下層分離液作為糠醛水萃取液。

1.4 糠醛的檢測

糠醛檢測采用氦離子化氣相色譜法，色譜儀配置有汽化室，氦離子化檢測器，FFAP毛細柱。色譜條件如下：

色譜柱：FFAP毛細管色譜柱，60m*0.32mm；汽化室：200℃；檢測器：氦離子化檢測器，200℃；載氣：He，流速為50mL/min；進樣量：1μL；進樣方式：注射器。

分別取1.3.3中是萃取的標準油樣中的萃取液1μL進行色譜分析，得到不同濃度的色譜譜圖，圖1為0.010mg/L的色譜譜圖。

圖1 糠醛0.010mg/L的色譜譜圖

2 實驗結果與分析

2.1 標準曲線表的建立和線性驗證

經過1.4中色譜分析，結果如表1所示。

表1 糠醛分析數據表

以其中的峰面積為橫坐標，濃度為縱坐標，繪制一個標準曲線，得到其曲線方程為y=0.0001730428x-2.2156327，線性度達到0.99985，如圖2和圖3所示，可見糠醛分析在0.005mg/L至1mg/L之間是呈線性的。

圖2 糠醛標樣分析的色譜數據

圖3 糠醛標樣的擬合曲線

2.2 萃取率的計算

配制1.3.2中所述對應標準油濃度的糠醛水溶液，其濃度分別為1mg/L、0.500mg/L、0.100mg/L、0.050mg/L、0.010mg/L、0.005mg/L。分別對每個水溶液進行分析，得到對應的糠醛的色譜峰以及對應濃度C1i。利用下列公式計算不同濃度下的萃取率。

(1)

其中C0i為萃取后分析得到的濃度，A0i為對應的峰面積，C1i為水溶液直接分析得到的濃度，A1i為對應的峰面積，V水為7mL,V油為70mL,計算結果如表2所示。

通過0.005mg/L糠醛標樣的色譜分析，以3倍噪音計算其最小檢出濃度，色譜噪音為20μV。通過計算其最小檢出濃度約為86ng/L。

(2)

表2 最小檢測濃度

3 結果與討論

本方法采用去離子水對變壓器油中的糠醛進行萃取后，運用氦離子氣相色譜對水溶液中的糠醛含量進行分析，最終得出變壓器油中糠醛的含量。實驗結果表明，去離子水對糠醛的萃取率能達到78%以上，完全可以替代有機溶劑進行萃取；使用6種濃度梯度的分析曲線其相關系數達到0.9998以上，使得定量準確；糠醛的檢測限能夠達到86ng/L，遠遠高于目前常用的檢測方法。本實驗方法使用試劑干凈純潔，所使用的氣源為惰性氣體，操作簡便，而且完全滿足分析要求，可以用于實際變壓器油中糠醛檢測中。