变压器绝缘油气相色谱分析技术的探讨

变压器绝缘油气相色谱分析技术的探讨

发表时间：2018-05-10T10:35:33.370Z 来源：《电力设备》2017年第34期作者：梁漫漫[导读] 摘要：随着社会对电力系统供电停电时间与可靠性的要求越来越高，一切没必要的停电操作都是不允许的，即使是设备的日常停电维护对一些企业和社会带来的经济损失都是巨大的，因此保证重要供电设备变压器的长期正常运行是非常有必要的。

（广东电网有限责任公司湛江供电局）摘要：随着社会对电力系统供电停电时间与可靠性的要求越来越高，一切没必要的停电操作都是不允许的，即使是设备的日常停电维护对一些企业和社会带来的经济损失都是巨大的，因此保证重要供电设备变压器的长期正常运行是非常有必要的。现在，对变压器健康状态进行监测的方法主要是实验室气相色谱法，在本文的研究中，首先介绍了气相色谱的发展、气相色谱仪的工作原理，举例说明了如何进

行检测结果分析和故障诊断，为保证变压器正常运行提供了技术支持。

关键词：变压器绝缘油气相色谱

一、引言

随着社会的发展，电力行业也进行了新一轮的改革，经营性质有了翻天覆地的变化，从垄断性行业蜕变成了服务型企业，一切以社会效益为重，以服务广大市民做准则。电力人必须从思想上和技术上保证电力的持续供应，绝缘油气相色谱分析技术能及时的发现设备的潜在故障，跟踪设备的老化现象，提高供电可靠性，缩短停电时间。它对涉及到设备健康水平以及其他重要参数进行监督，是设备能否并网运行的标准，同时也是提前评估设备健康状况，保证电网安稳运行的重要举措，是防患于未然的有效途径。气相色谱是在1952年发展起来的一种新的分离技术,直到20世纪70年代，色谱技术崛起，从而使色谱法进入了智能化时代。时至今日，虽然“色谱”这个名词一直沿用至今，但是经过很多色谱工作者的努力，它的分离对象早不局限于有色物质了。现在，绝缘油气相色谱分析技术已经成为变压器监测手段中重要的一种，因此研究绝缘油气相色谱分析技术就显得非常有必要了。

二、气相色谱仪工作原理

（1）气相色谱仪的组成气相色谱仪主要结构有分析单元、显示记录单元和数据处理系统。分析单元包括载气系统、进样系统、柱恒温箱和检测系统，显示记录单元包括温度控制系统、电源放大信号和显示记录系统。而计算机的数据处理系统就是数据处理单元。

载气系统的功能主要是输送样品，它贯穿于整个试验过程中，是气相色谱仪的动力和血液，一般常用的载气有氦气、氩气、氮气和氢气，从气源出来的载气需要稳压稳流来保持流量的稳定，这样子的话样品才能得到满意的分离和测定结果。进样系统是样品的入口，液体样品（样品有气体、固体和液体，本文只研究变压器油液体样品）通过震荡脱气等方法提取出气体，用专用的注射器进行进样。色谱柱的温度由恒温柱控制，为色谱柱提供了恒定的温度，保证了仪器性能的稳定，为分析出准确试验数据提供了保障。检测系统是色谱仪的核心，是色谱仪的心脏部件，任务是将载气中带出的气体组份进行非电量成与电量的转换，为后期的计算机测量与计算提供帮助。常用的检测器有氢焰检测器和热导检测器（氢焰检测器的工作原理是当有机物经过氢气与空气中的氧气发生反应生成的火焰时，在高能的作用下会生成离子，这些离子经过施加直流电的电极时会进行定向移动从而形成微电流，途径电阻放大器后将微电流放大，送到记录装置记录下来。热导检测器利用不同气体具有不同的导热系数来工作的，连接成惠斯顿电桥的铼钨丝热导组件组成的热导池根据温度来识别样品组份的浓度，电阻阻值随温度变化而变化，产生的电压信号可以直接反映样品浓度的大小）。放大系统能够将检测器输出的微弱信号放大，以便能在系统中记录和在数据处理系统中进行运算和处理。现在的数据处理系统和记录系统都由安装在计算机上的色谱工作站完成。

（2）气样分析流程载气系统、色谱柱和检测器构成了气相色谱法的主要流程，载气进入气路控制系统，样品通过进样装置进入色谱柱进行分离，然后按照先后顺序进入检测器，最后排空。同时，记录仪或色谱数据工作站根据检测器发出的电信号形成各组份的色谱峰。

三、检测结果分析与故障诊断

（1）电性故障和热性故障是电力设备内部故障从性质上的分类。电弧放电、火花放电和局部放电属于电性故障[22]；热性故障可以根据温度分为低温过热（t＜300℃）、中温过热（300℃＜t＜700℃）以及高温过热（t＞700℃）。判断充油电力设备内部是否存在故障、故障的类型以及预测故障的发展趋势是利用气相色谱法对油中溶解气体进行检测或分析的最终目的，一般来说，对于典型的或者较为严重的故障，可以根据特征气体进行分析判断，但是也存在一些故障特征气体不明显的设备，这时就需要结合产气速率和三比值法进行判断。

（2）实例应用与分析 2015年05月25日，湛江供电局110kV唐家变电站#1主变（厂家：南京立业电力变压器有限公司，型号：SSZ10-31500/110，投运日期：2005年）在试验周期取油样的时候发现H2、C2H2和总烃的含量都超过注意值，取样分析结果见表3-1。

表3-1 唐家站#1主变油中溶解气体组份含量表

以2015/05/25的数据结果做分析，首先根据特征气体法判断，CH4和C2H4的含量在总烃中含量最多，其次是H2和C2H6，此次故障应该是油过热引起的，因CO与CO2含量无增长，且CO2与CO的比值大于3，故可判断故障不会涉及固体绝缘材料。同样以2016/05/25的数据结果作为三比值法的分析对象，计算出C2H2/C2H4、CH4/H2和C2H4/C2H6的比值，然后根据三比值法的气体比值范围进行判断，得到的编码组合是022，见表3-2，此类型的故障为高温过热，这与特征气体法的判断结果是相吻合的，初步估计是由于变压器内部存在某些部件接触不良。

2016/05/27经吊罩检查，确定故障原因为35kV侧分接开关中性点接线压板螺栓松动，引起放电。

二、结束语

本章首先阐述了气相色谱法的产生及发展，了解了气相色谱法的历史进程，介绍了气相色谱仪的工作原理，接着用案例说明了如何进行测量结果分析，根据结果判断故障的类型以及故障的严重程度。但是目前实验室色谱的试验周期长，而且试验过程中的很多因素都会导致试验结果与实际结果相差甚大，而且气体的生成是个非常缓慢的发展过程，这也是实验室色谱法的局限性，这也导致了其对变压器等设备的突发性故障不灵敏，因此提高其抗干扰水平与监测的灵敏度还需不懈努力，这也是保证实验室绝缘油气相色谱监测技术能越走越远的手段。

参考文献

[1]傅若农.气相色谱近年的发展.色谱，2009，（5）：584-591.

[2]沈春勇.简述气象色谱分析仪的原理组成及使用.科技创新与应用[J]，2013，（20）：290.

[3]高权.电力变压器故障分析与诊断[D].华北电力大学图书馆，2008.

[4]吴鹏程.降低主变绝缘油色谱试验的偏差率分析[D].华南理工大学，2012.