縮短絕緣油色譜分析周期的探討

崔辰晨

（國網(wǎng)山西省電力公司長治供電公司，山西 長治 046011）

0 引言

利用絕緣油中溶解氣體分析，檢測充油電氣設(shè)備內(nèi)部早期故障，已經(jīng)成為變壓器等充油電氣設(shè)備絕緣監(jiān)督的一個(gè)重要手段。特別是這類檢測技術(shù)可以在設(shè)備不停電時(shí)進(jìn)行，因此可以定期地對運(yùn)行中的設(shè)備的內(nèi)部狀況進(jìn)行診斷，確保設(shè)備的安全可靠運(yùn)行。這就要求從事色譜分析工作的人員，在色譜分析操作的每一個(gè)環(huán)節(jié)中，都能認(rèn)真細(xì)致、精確可靠地完成，確保分析數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。為此，在這種環(huán)境與要求下，能不能快速準(zhǔn)確、及時(shí)有效地提供切實(shí)可靠的分析數(shù)據(jù)，對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行、供電可靠性的提高、企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益等都有較大的影響。在這種環(huán)境與要求下，若能提高色譜定量分析的速度與準(zhǔn)確度，即縮短色譜分析周期，就可以使工作效率得到很大的提高。

1 探尋縮短色譜分析周期的方法

1.1 試驗(yàn)室現(xiàn)狀調(diào)查

現(xiàn)狀調(diào)查1：目前，試驗(yàn)室色譜儀氣路系統(tǒng)采用熱導(dǎo)池檢測器TCD（Thermal Conductivity Detector）和氫火焰離子化檢測器FID（Flame Ionization Detector）。

TCD是一種通用型檢測器，對無機(jī)、有機(jī)物質(zhì)都有響應(yīng)，本試驗(yàn)室色譜分析中，其主要用于對CO、CO2等無機(jī)物響應(yīng)。而FID一般對有機(jī)化合物都有響應(yīng)，本試驗(yàn)室色譜分析中主要用于對CH4、C2H2、C2H4、C2H6等有機(jī)物的響應(yīng)[1]。

現(xiàn)狀調(diào)查2：目前某試驗(yàn)室所用的SP-3430型氣相色譜儀的一些情況如下：分辨率：對H2的最小檢測濃度一次進(jìn)樣≤5μL/L；對CO、CO2的最小檢測濃度≤1μL/L；對C2H2的最小檢測濃度≤0.1μL/L

穩(wěn)機(jī)時(shí)間：1.5～2 h。

一次出峰時(shí)間：10 min左右。

現(xiàn)試驗(yàn)室色譜流程：有2個(gè)檢測器，TCD和FID 串連,實(shí)現(xiàn)對 O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6等組份的一次進(jìn)樣分析,通過甲烷轉(zhuǎn)化裝置可測微量的CO、CO2。

現(xiàn)狀調(diào)查3：目前試驗(yàn)室進(jìn)樣操作要嚴(yán)格符合“三快”，即進(jìn)針要快，要準(zhǔn)；推針要快；取針要快。對進(jìn)樣時(shí)間與多少應(yīng)把握得當(dāng)。時(shí)間過長，會降低柱效率使色譜區(qū)域加寬，進(jìn)樣時(shí)間越短越好，一般必須小于1 s，這樣組分出峰時(shí)間少。進(jìn)樣太少會使含量少的組分因鑒定器的靈敏度不夠而不出峰，進(jìn)樣多會使幾個(gè)峰重疊在一起。試驗(yàn)人員技術(shù)水平有限，特別是在試驗(yàn)進(jìn)針的“三快”上還不達(dá)要求，影響分析時(shí)間。

現(xiàn)狀調(diào)查4：以下是試驗(yàn)室色譜儀的相關(guān)指標(biāo)。

分辨率：對H2的最小檢測濃度一次進(jìn)樣≤5μL/L；對CO、CO2的最小檢測濃度≤1μL/L；對C2H2的最小檢測濃度≤0.1μL/L。

穩(wěn)機(jī)時(shí)間：1.5～2 h。

一次出峰時(shí)間：10 min左右。

現(xiàn)試驗(yàn)室色譜流程：有2個(gè)檢測器，TCD和FID 串連,實(shí)現(xiàn)對 O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6等組份的一次進(jìn)樣分析，通過甲烷轉(zhuǎn)化裝置可測微量的CO、CO2。

調(diào)查結(jié)果：在目前試驗(yàn)條件下，在對某些站內(nèi)充油設(shè)備進(jìn)行色譜分析時(shí)，對試驗(yàn)各環(huán)節(jié)所需時(shí)間進(jìn)行了統(tǒng)計(jì),得出在不計(jì)色譜儀穩(wěn)機(jī)時(shí)間的情況下，目前一個(gè)油樣的色譜分析過程平均需要70 min。

1.2 原因分析

經(jīng)過調(diào)查分析，對原因進(jìn)行逐條確認(rèn)，確認(rèn)結(jié)果見表1。

經(jīng)過以上確認(rèn)得知，造成色譜分析效率較低的主要末端原因?yàn)椋荷V儀出峰時(shí)間較長，且有拖尾現(xiàn)象（即由于色譜柱污染等原因造成色譜流出曲線回落不到基線就開始出下一個(gè)色譜峰的現(xiàn)象），影響組分的準(zhǔn)確檢測和分析時(shí)間；部分試驗(yàn)人員技術(shù)水平有限，特別是在試驗(yàn)進(jìn)針的“三快”上還不達(dá)要求,影響分析時(shí)間。

表1 調(diào)查結(jié)果

1.3 對策實(shí)施

實(shí)施一：與色譜儀廠家合作，色譜流程中加入1個(gè)FID檢測器，分析如下。

原儀器采用2個(gè)檢測器，如圖1所示，1個(gè)TCD和1個(gè)FID，一次進(jìn)樣，各組分依次出峰形成一張譜圖。TCD：檢測H2、O2、N2；FID：檢測烴類氣體和CO、CO2。

改進(jìn)后采用單TCD、雙FID，共3個(gè)檢測器，如圖2所示。一次進(jìn)樣，雙柱并聯(lián)分流，分流的兩側(cè)通道依次出峰形成兩張譜圖。TCD：檢測 H2、O2、N2；FID 1：檢測烴類氣體；FID 2：檢測CO與CO2。

圖1 改進(jìn)前色譜儀流程圖

實(shí)施二：對進(jìn)樣注射器加裝定量卡子，同時(shí)對試驗(yàn)人員進(jìn)行大量實(shí)操培訓(xùn)。

圖2 改進(jìn)后色譜儀流程圖

a）使用玻璃注射器抽樣。試驗(yàn)人員應(yīng)熟練掌握抽樣過程，保證注射器芯無卡澀的情況下，油樣平緩的流入容器，無沖擊與飛濺，并且動(dòng)作應(yīng)熟練迅速。

b）排氣過程要眼疾手快，不留一個(gè)小氣泡，需大量操作才能熟練掌握。

c）對進(jìn)樣時(shí)間與多少應(yīng)把握得當(dāng)，嚴(yán)格按照“三快”。對進(jìn)樣注射器加裝定量卡子后，使進(jìn)樣量更準(zhǔn)確，更方便更快捷取針，達(dá)到“三快”要求。加裝前后對比圖如圖3所示。

圖3 加裝“卡子”前后對比圖

2 改進(jìn)前后試驗(yàn)結(jié)果對比分析

2.1 試驗(yàn)時(shí)間對比分析

在目前試驗(yàn)條件下，在對某些站內(nèi)充油設(shè)備進(jìn)行色譜分析時(shí)見，見表1，對試驗(yàn)各環(huán)節(jié)所需時(shí)間進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，可得在不計(jì)色譜儀穩(wěn)機(jī)時(shí)間的情況下，目前一個(gè)油樣的色譜分析過程平均需要70 min。

改進(jìn)后再進(jìn)行試驗(yàn)所需時(shí)間分析，見表2，發(fā)現(xiàn)減少了譜圖出峰時(shí)間，并且除去了CO、CO2拖尾現(xiàn)象。在保證分離效果的前提下，同樣油品的色譜分析過程從原來的70 min縮短為60 min,工作效率顯著提高。

2.2 試驗(yàn)譜圖對比分析

改進(jìn)前試驗(yàn)譜圖（見圖4）與改進(jìn)后譜圖（見圖5）對比說明如下。

a）改進(jìn)前單通道譜圖可以看到CO、CO2拖尾嚴(yán)重，改進(jìn)后譜圖可以看出，應(yīng)用3個(gè)檢測器的雙通道色譜儀可以解決CO、CO2拖尾現(xiàn)象對CH4、C2H4的影響。

表1 改進(jìn)前絕緣油色譜分析所需時(shí)間

表2 改進(jìn)后絕緣油色譜分析所需時(shí)間

b）乙炔的出峰改進(jìn)后看得更加清楚，同時(shí)縮短了譜圖出峰總時(shí)間，提高了定量分析的速度與準(zhǔn)確度。

c）改進(jìn)后儀器的出峰靈敏度大大提高，且所有譜圖峰型對稱美觀，滿足色譜試驗(yàn)規(guī)范要求。

3 結(jié)束語

圖4 改進(jìn)前單通道色譜試驗(yàn)譜圖

本文通過在色譜流程中添加一個(gè)檢測器、對進(jìn)樣注射器加裝定量卡子以及對試驗(yàn)人員進(jìn)行實(shí)操培訓(xùn)，減少了譜圖出峰總時(shí)間，并且除去了CO、CO2拖尾現(xiàn)象對CH4、C2H4含量測定產(chǎn)生的影響，所有人員均達(dá)到“三快”要求，從而提高色譜定量分析的速度與準(zhǔn)確度，達(dá)到縮短色譜分析周期的目的，使工作效率有了很大提高。

圖5 改進(jìn)后雙通道色譜試驗(yàn)譜圖

[1] 操敦奎.變壓器油中氣體分析診斷與故障檢查[M].北京:中國電力出版社，2005：39-44