便攜式色譜儀分析油中溶解氣體的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

王 勝，魯建國(guó)，張建浩

（紹興電力局，浙江 紹興 312000）

0 引言

采用氣相色譜分析法對(duì)油中溶解氣體進(jìn)行分析，可以盡早發(fā)現(xiàn)充油設(shè)備的潛伏性故障，通過跟蹤檢測(cè)還能掌握潛伏故障的發(fā)展趨勢(shì)及危害程度，是監(jiān)督與保障設(shè)備安全運(yùn)行的重要手段。但是，常規(guī)的氣相色譜分析方法一般要在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，分析過程比較復(fù)雜，還存在取樣、送樣等中間環(huán)節(jié)，分析時(shí)間過長(zhǎng)，當(dāng)取樣點(diǎn)離實(shí)驗(yàn)室較遠(yuǎn)時(shí)，其劣勢(shì)更為明顯。

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，對(duì)電能質(zhì)量要求不斷提高，設(shè)備允許停電時(shí)間大大縮短，用常規(guī)色譜分析手段更是顯得力不從心。為此，紹興電力局在生產(chǎn)中引入了便攜式色譜儀，實(shí)際應(yīng)用表明效果比較明顯。

1 便攜式色譜儀的類型

1.1 基于色譜分析原理的便攜式色譜儀

該類便攜式色譜儀采用經(jīng)典的油中溶解氣體色譜分析原理，配有載氣系統(tǒng)、色譜柱、微型熱導(dǎo)、氫焰監(jiān)測(cè)器和微型轉(zhuǎn)化爐，實(shí)現(xiàn)了小型化、集約化，體積小，重量輕，方便攜帶。油樣分析過程與實(shí)驗(yàn)室分析類似，先對(duì)油樣振蕩脫氣，脫出氣樣后用外接載氣攜帶至色譜柱實(shí)現(xiàn)組分分離，最后在檢測(cè)器中完成分析。該類色譜儀的典型產(chǎn)品有河南中分2000型色譜儀等。

1.2 基于光聲光譜技術(shù)的便攜式色譜儀

光聲光譜是基于光聲效應(yīng)的一種光譜技術(shù)[1]，其測(cè)量原理如圖l所示。光線經(jīng)調(diào)制、濾光以后進(jìn)入氣體樣品池。其上開孔并以恒定速率轉(zhuǎn)動(dòng)的調(diào)制盤將光源調(diào)制為閃爍的交變信號(hào)。由一組濾光片實(shí)現(xiàn)分光，每個(gè)濾光片允許透過1個(gè)窄帶光譜，其中心頻率分別與預(yù)選的氣體特征吸收頻率相對(duì)應(yīng)。經(jīng)調(diào)制后的各氣體特征頻率處的光線以調(diào)制頻率反復(fù)激發(fā)樣品池中相應(yīng)的氣體分子，引起氣體局部加熱，從而在氣池中產(chǎn)生壓力波（聲波），使用麥克風(fēng)可以檢測(cè)該壓力的變化。根據(jù)氣體體積分?jǐn)?shù)與聲波強(qiáng)度的定量關(guān)系，就可以準(zhǔn)確計(jì)量氣池中各氣體的體積分?jǐn)?shù)。

圖1 光聲光譜測(cè)量原理

儀器采用動(dòng)態(tài)頂空平衡方式實(shí)現(xiàn)油樣脫氣[2]，工作原理如圖2所示。按常規(guī)用注射器采集油樣，然后將油樣直接注入儀器頂空氣分析器的樣品瓶。隨后對(duì)油樣進(jìn)行電磁攪動(dòng)使其中的溶解氣體不斷釋放，同時(shí)使釋出的氣體在氣路內(nèi)循環(huán)，一旦氣液相濃度達(dá)到平衡狀態(tài)，儀器內(nèi)的光聲光譜測(cè)量模塊即對(duì)氣樣進(jìn)行分析，系統(tǒng)不需外接載氣。該類儀器的代表為英國(guó)Kleman公司生產(chǎn)的系列產(chǎn)品。

圖2 樣品脫氣工作原理

2 中分2000型便攜式色譜儀應(yīng)用實(shí)例

2．1 系統(tǒng)組成及主要技術(shù)指標(biāo)

該便攜式色譜儀采用氣體色譜分析原理，其分析流程如圖3所示。系統(tǒng)主要包括色譜分析主機(jī)及工作站、便攜式振蕩儀、便攜式氣源箱（載氣及標(biāo)氣）等部件。

圖3 中分2000便攜式色譜儀分析流程

便攜式色譜儀的主要技術(shù)指標(biāo)如下：

（1）分析組分： 能檢測(cè) H2，CH4，C2H6，C2H4，C2H2，CO，CO2共 7種組分。

（2）分析周期小于 8 min。

（3）最小檢測(cè)濃度：烴類為 0.1 μL/L，H2為2 μL/L，CO 為 5 μL/L，CO2為 10 μL/L。

2．2 實(shí)際應(yīng)用情況

中分2000便攜色譜儀包括了實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的所有部件，且通過集成達(dá)到了小型化的要求，便于攜帶，連接、操作簡(jiǎn)單方便，分析過程與實(shí)驗(yàn)室相同。便攜式色譜儀的最大優(yōu)點(diǎn)是在檢修現(xiàn)場(chǎng)就能進(jìn)行分析，避免了送樣環(huán)節(jié)，大大縮短了得出結(jié)果的時(shí)間。但分析數(shù)據(jù)是否能作為判斷依據(jù)？為此在實(shí)驗(yàn)室對(duì)該色譜儀與實(shí)驗(yàn)室色譜儀進(jìn)行了比較試驗(yàn)。表1為2種方式的對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

從表中對(duì)比數(shù)據(jù)看出，該便攜式色譜儀與實(shí)驗(yàn)室儀器的分析結(jié)果有很好的可比性和一致性。經(jīng)多次試驗(yàn)，該儀器的穩(wěn)定性和試驗(yàn)重復(fù)性表現(xiàn)也較好，以下2次生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)例也充分說明了這一點(diǎn)。

（1）2009年5月，某110 kV變電所集中檢修，檢修采用變電所全停方式，要求當(dāng)天完成所有檢修任務(wù)，主變壓器當(dāng)天復(fù)役。油樣分析的主要任務(wù)是完成1號(hào)主變壓器110 kV 3支套管的油樣檢測(cè)。工作從上午9時(shí)開始，取樣后在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行色譜分析，2 h后完成整個(gè)試驗(yàn)過程。從分析結(jié)果看，便攜式色譜儀的檢測(cè)結(jié)果是可信的。表2為便攜式色譜儀現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果與同一樣品在實(shí)驗(yàn)室隨后進(jìn)行的試驗(yàn)結(jié)果的比較。

表1 便攜式色譜儀與實(shí)驗(yàn)室對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù) μL/L

表2 1號(hào)主變壓器110 kV套管便攜式色譜儀試驗(yàn)數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)比較 μL/L

表3 1號(hào)主變壓器便攜式色譜儀試驗(yàn)數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)室歷史數(shù)據(jù)比較 μL/L

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，與常規(guī)試驗(yàn)相比，色譜分析所花的時(shí)間大大縮短，為檢修人員贏取了更多設(shè)備檢修時(shí)間。但在試驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)了不足之處：由于儀器所配振蕩儀每次只能振蕩2只油樣，若要完成3只油樣就需振蕩2次，延長(zhǎng)了試驗(yàn)時(shí)間，因此有待廠家改進(jìn)。

（2）某110 kV主變壓器發(fā)生故障停運(yùn)，相關(guān)人員用便攜色譜儀在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)分析，得出試驗(yàn)結(jié)果后與該主變壓器歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，認(rèn)定主設(shè)備無問題。因其他專業(yè)找到了故障原因，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)各方專家綜合分析后，決定避開故障點(diǎn)，對(duì)主變壓器復(fù)役。由于故障分析過程中等待色譜分析結(jié)果的時(shí)間大大縮短，從而也縮短了主變壓器停役時(shí)間。表3為該主變壓器現(xiàn)場(chǎng)分析結(jié)果與留存實(shí)驗(yàn)室的歷史數(shù)據(jù)的比較。

3 結(jié)語

實(shí)際應(yīng)用表明，性能良好的便攜式色譜儀的試驗(yàn)精度可以達(dá)到實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)精度要求，同時(shí)由于其體積小、重量輕、便于攜帶，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)就地檢測(cè)分析功能，彌補(bǔ)了試驗(yàn)室色譜分析的不足。在目前對(duì)供電可靠性要求越來越高的情況下，應(yīng)充分推廣和應(yīng)用這種檢測(cè)新技術(shù)，在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)運(yùn)行設(shè)備的健康狀況迅速作出準(zhǔn)確判斷，以保證電網(wǎng)設(shè)備安全、提高供電可靠性。

便攜色譜分析技術(shù)還處在不斷發(fā)展和成熟的過程，儀器配置成本較高，因此在選型時(shí)應(yīng)充分考慮其穩(wěn)定性、檢測(cè)能力以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)是否與實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)有可比性等方面，使便攜式色譜儀能真正為生產(chǎn)服務(wù)。

[1]劉先勇，周方潔，胡勁松，等.光聲光譜在油中氣體分析中的應(yīng)用前景[J].變壓器，2004，41（7）:30-33.

[2]劉成剛，許維宗.絕緣油溶解氣體及微水分析中的便攜式光聲光譜儀[J].華中電力，2005，18（6）:49-51.