絕緣油色譜分析儀在線(xiàn)分析溶解氣體

一、氣相色譜分析及在線(xiàn)監測方法簡(jiǎn)介

　　油中溶解氣體分析就是分析溶解在充油電氣設備絕緣油中的氣體，根據氣體的成分、含量及變化情況來(lái)診斷設備的異?，F象。由于這些氣體大部分溶解在絕緣油中，因此從充油設備取樣的絕緣油中抽出氣體，進(jìn)行分析，就能夠判斷分析有無(wú)異常發(fā)熱，以及異常發(fā)熱的原因。絕緣油色譜分析儀的氣相色譜分析是近代分析氣體組分及含量的有效手段，現已普遍采用。圖示為油色譜分析在線(xiàn)監測的原理框圖?！　?/p>

油色譜分析在線(xiàn)監測原理框圖

　　進(jìn)行氣相色譜分析，首先要從運行狀態(tài)下的充油電氣設備中取油樣，取樣方法和過(guò)程的正確性，將嚴重影響到分析結果的可信度。如果油樣與空氣接觸，就會(huì )使試驗結果發(fā)生一倍以上的偏差。因此，在IEC和國內有關(guān)部門(mén)的規定中都要求取樣過(guò)程應盡量不讓油樣與空氣接觸。其次，要從抽取的油樣中進(jìn)行脫氣，使溶解于油中的氣體分離出來(lái)。脫氣方法有多種，常用的是振蕩脫氣法，即在一密閉的容器中，注入一定體積的油樣，同時(shí)再加入惰性氣體(不同于油中含有的待測氣體)，在一定溫度下經(jīng)過(guò)充分振蕩，使油中溶解的氣體與油達到兩相動(dòng)態(tài)平衡。于是就可將氣體抽出，送進(jìn)氣相色譜儀進(jìn)行氣體組分及含量的分析。

　　常規的絕緣油色譜分析儀油色譜分析法存在一系列不足之處，不僅脫氣中可能存在較大的人為誤差，而且監測曲線(xiàn)的人工修正法也會(huì )加大誤差，從取油樣到實(shí)驗室分析，作業(yè)程序復雜，花費的時(shí)間和費用較高，在技術(shù)經(jīng)濟上不能適應電力系統發(fā)展的需要;監測周期長(cháng)，不能及時(shí)發(fā)現潛伏性故障和有效的跟蹤發(fā)展趨勢;因受其設備費用和技術(shù)力量的限制，不可能每個(gè)電站都配備油色譜分析儀，運行人員無(wú)法隨時(shí)掌握和監視本站變壓器的運行狀況，從而會(huì )加大事故率。因此，國內外不僅要定期作以預防性試驗為基礎的預防性檢修，而且相繼都在研究以在線(xiàn)監測為基礎的預知性檢修策略，以便實(shí)時(shí)或定時(shí)在線(xiàn)監測與診斷潛伏性故障或缺陷。

　　絕緣油色譜分析儀的絕緣油氣相色譜在線(xiàn)監測主要解決油氣分離問(wèn)題，目前在線(xiàn)監測油氣分離采用的是不滲透油只滲透各種氣體的透氣膜，集存滲透氣體的測量管和裝在變壓器本體放油閥上變換氣流通過(guò)的六通閥以及電動(dòng)設備;氣體監測包括分離混合氣體的氣體分離柱及監測氣體的傳感器，控制氣體分離柱工作溫度的恒溫箱、載氣、繼電器自動(dòng)控制以及輔助電路設施。

　　三、絕緣油溶解氣體的在線(xiàn)檢測

　　1.油中氫氣的在線(xiàn)檢測

　　不論是放電性故障還是過(guò)熱性故障都會(huì )產(chǎn)生H2，由于生成氫氣需克服的鍵能Z低，所以最容易生成。換句話(huà)說(shuō)，氫氣既是各種形式故障中Z先產(chǎn)生的氣體，也是電力變壓器內部氣體各組成中最早發(fā)生變化的氣體，所以若能找到一種對氫氣有一定的靈敏度、又有較好穩定性的敏感元件，在電力變壓器運行中監測油中氫氣含量的變化、及時(shí)預報，便能捕捉到早期故障。

　　目前常用的氫敏元件有燃料電池或半導體氫敏元件。燃料電池是由電解液隔開(kāi)的兩個(gè)電極所組成，由于電化學(xué)反應，氫氣在一個(gè)電極上被氧化，而氧氣則在另一電極上形成。電化學(xué)反應所產(chǎn)生的電流正比于氫氣的體積濃度(ppm)。半導體氫敏元件也有多種：例如采用開(kāi)路電壓隨含氫量而變化的鈀柵極場(chǎng)效應管，或用電導隨氫含量變化的以SnO2為主體的燒結型半導體。半導體氫敏元件造價(jià)較低，但準確度往往還不夠滿(mǎn)意。

　　不僅油中氣體的溶解度與溫度有關(guān)，在用薄膜作為滲透材料時(shí)，滲透過(guò)來(lái)的氣體也與溫度有關(guān)。因此進(jìn)行在線(xiàn)監測時(shí)，宜取相近溫度下的讀數來(lái)作相對比較，或在系統中考慮到溫度補償。測得的氫氣濃度，一般在每天凌晨時(shí)測值處于谷底，而在中午時(shí)接近高峰。

　　2.油中多種氣體的在線(xiàn)檢測

　　監測油中的氫氣可以診斷變壓器故障，但它不能判斷故障的類(lèi)型。圖中給出了診斷變壓器故障及故障性質(zhì)的多種氣體在線(xiàn)檢測裝置?！　?/p>

變壓器油中氣體在線(xiàn)檢測原理

　　氣體分離單元包括不滲透油而只滲透各氣體成分的氟聚合物薄膜(PFA)、集存滲透氣體的測量管和裝在變壓器本體排油閥上改變氣流通過(guò)的六通控制閥，排油閥通常在打開(kāi)位置。當滲透時(shí)間相當長(cháng)時(shí)，則滲透氣體濃度與油中氣體濃度成正比。檢測單元通過(guò)一直通管與氣體分離單元相連，利用空氣載流型輕便氣相分析儀進(jìn)行管中各滲透組成氣體的定量測定，診斷單元包括信號處理、濃度分析和結果輸出等功能?！　?/p>

六種氣體色譜圖例

　　用色譜柱進(jìn)行氣體分離后可測量出變壓器油中色譜圖(如圖所示)。得到這些氣體的含量，就可根據比值準則，利用計算機進(jìn)行故障分析，可以診斷變壓器中局部放電、局部過(guò)熱、絕緣紙過(guò)熱等故障。