變壓器故障分析中氣相色譜技術(shù)的運用

一、氣相色譜法的原理

色譜法又叫層析法，它是一種物理分離技術(shù)。它的分離原理是使混合物中各組分在兩相間進(jìn)行分配，其中一相是不動(dòng)的，叫做固定相，另一相則是推動(dòng)混合物流過(guò)此固定相的流體，叫做活動(dòng)相。當活動(dòng)相中所含的混合物經(jīng)過(guò)固定相時(shí)，就會(huì )與固定相發(fā)生相互作用。由于各組分在性質(zhì)與結構上的不同，相互作用的大小強弱也有差異。因此在同一推動(dòng)力作用下，不同組分在固定相中的滯留時(shí)間有長(cháng)有短，從而按先后秩序從固定相中流出，這種借在兩相分配原理而使混合物中各組分獲得分離的技術(shù)，稱(chēng)為色譜分離技術(shù)或色譜法。當用液體作為活動(dòng)相時(shí)，稱(chēng)為液相色譜，當用氣體作為活動(dòng)相時(shí)，稱(chēng)為氣相色譜。

色譜法具有：(1)分離效能高、(2)分析速度快、(3)樣品用量少、(4)靈敏度高、(5)適用范圍廣等很多化學(xué)分析法無(wú)可與之相比的優(yōu)點(diǎn)。

氣相色譜法的一般流程主要包括三部分：載氣系統、色譜柱和檢測器。

當載氣攜帶著(zhù)不同物質(zhì)的混合樣品通過(guò)色譜柱時(shí)，氣相中的物質(zhì)一部分就要溶解或吸附到固定相內，隨著(zhù)固定相中物質(zhì)分子的增加，從固定相揮發(fā)到氣相中的試樣物質(zhì)分子也逐漸增加，也就是說(shuō)，試樣中各物質(zhì)分子在兩相中進(jìn)行分配，最后達到平衡。這種物質(zhì)在兩相之間發(fā)生的溶解和揮發(fā)的過(guò)程，稱(chēng)分配過(guò)程。分配達到平衡時(shí)，物質(zhì)在兩相中的濃度比稱(chēng)分配系數，也叫平衡常數，以K表示，K=物質(zhì)在固定相中的濃度/物質(zhì)在活動(dòng)相中的濃度，在恒定的溫度下，分配系數K是個(gè)常數。

由此可見(jiàn)，氣相色譜的分離原理是利用不同物質(zhì)在兩相間具有不同的分配系數，當兩相作相對運動(dòng)時(shí)，試樣的各組分就在兩相中經(jīng)反復多次地分配，使得原來(lái)分配系數只有微小差別的各組分產(chǎn)生很大的分離效果，從而將各組分分離開(kāi)來(lái)。然后再進(jìn)進(jìn)檢測器對各組分進(jìn)行鑒定。

SP-3430氣相色譜分析儀充分利用這一原理，能夠快速、高效、正確地分析出變壓器油中氣體的組分及其含量，根據這些氣體的組分類(lèi)型及其含量，我們就可以正確地分析、判定變壓器是否存在故障、故障的性質(zhì)以及故障的大致部位。

二、變壓器的故障產(chǎn)生的氣體及故障類(lèi)型

1變壓器盡緣材料產(chǎn)生的氣體組分

油和固體盡緣材料在電或熱的作用下分解產(chǎn)生的各種氣體中，對判定故障有價(jià)值的氣體有甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、氫、一氧化碳、二氧化碳。正常運行的老化過(guò)程產(chǎn)生的氣體主要是一氧化碳和二氧化碳。在油紙盡緣存在局部放電時(shí)，油裂解產(chǎn)生的氣體主要是氫和甲烷。在故障溫度高于正常運行溫度未幾時(shí)，產(chǎn)生的氣體主要是甲烷。隨著(zhù)故障溫度的升高，乙烯和乙烷逐漸成為主要特征。在溫度高于1000℃時(shí)，例如在電弧弧道溫度(3000℃以上)的作用下，油裂解產(chǎn)生和氣體中含有較多的乙炔。假如故障涉及到固體盡緣材料時(shí)，會(huì )產(chǎn)生較多的一氧化碳和二氧化碳。

盡緣油和盡緣材料在不同溫度和能量作用下主要產(chǎn)生的氣體組分，回納如下：

1)在140℃以下時(shí)有蒸發(fā)汽化和較緩慢的氧化。

2)盡緣油在140℃到500℃時(shí)油分解主要產(chǎn)生烷類(lèi)氣體，其中主要是甲烷和乙烷，隨溫度的升高(500℃以上)油分解急劇地增加，其中烯烴和氫增加較快，乙烯尤為明顯，而溫度(約800℃左右)更高時(shí)，還會(huì )產(chǎn)生乙炔氣體。

3)油中存在電弧時(shí)(溫度超過(guò)1000℃，使油裂解的氣體大部分是乙炔和氫氣，并有一定的甲烷和乙烯等。

4)設備在運行中，由于負荷變化所引起的熱脹和冷縮，用泵循環(huán)油所引起的湍流，以及鐵芯的磁滯伸縮效應所引起的機械振動(dòng)等，都會(huì )導致形成空穴和油開(kāi)釋溶解氣體。假如產(chǎn)生的氣泡集在設備盡緣結構的高電壓應力區域內，在較高電場(chǎng)下會(huì )引起氣隙放電(一般稱(chēng)為局部放電)，而放電本身又能進(jìn)一步引起油的分解和四周的固體盡緣材料的分解，而產(chǎn)生氣體，這些氣體在電應力作用下會(huì )更有利于放電產(chǎn)生氣體。這種放電使油分解產(chǎn)生的氣體主要是氫和少量甲烷氣體。

5)固體盡緣材料，在較低溫度(140℃以下)長(cháng)期加熱時(shí)，將逐漸地老化變質(zhì)產(chǎn)生氣體，其中主要是一氧化碳和二氧化碳，且后者是主要成分。

6)固體盡緣材料在高于200℃作用下，除產(chǎn)生碳的氧化物之外，還分解有氫、烴類(lèi)氣體，溫度不同，一氧化碳和二氧化碳的比值有所不同，這一比值在低溫時(shí)小而高溫時(shí)大。

7)鐵鋼等金屬材料起催化作用，水與鐵反應產(chǎn)生氫氣。此外，奧氏不銹鋼材能蘊躲氫，與盡緣油接觸開(kāi)釋出來(lái)溶解于油中。

下表為不同故障類(lèi)型產(chǎn)生的氣體組分：

有時(shí)設備內并不存在故障，而由于其他原因，在油中也會(huì )出現上述氣體，要留意這些可能引起誤判定的氣體來(lái)源。例如：有載調壓變壓器中切換開(kāi)關(guān)油室的油向變壓器本體滲漏或某種范圍開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)懸浮電位放電的影響：設備曾經(jīng)有過(guò)故障，而故障排除后盡緣油未經(jīng)徹底脫氣，部分殘余氣體仍留在油中;設備油箱曾帶油補焊;原注進(jìn)的油就含有某幾種氣體等。還應留意油冷卻系統附屬設備(如潛油泵，油流繼電器等)的故障產(chǎn)生的氣體也會(huì )進(jìn)進(jìn)到變壓器本體的油中。運行中設備內部油中氣體含量超過(guò)下表所列數值時(shí)，應引起留意。