光聲光譜法與氣相色譜法在絕緣油溶解氣體分析中的對比

初蕾

[摘 要]絕緣油中溶解氣體分析對發(fā)現(xiàn)充油電氣設(shè)備內(nèi)部潛伏性故障有著極其重要的作用，因此越來越引起人們的重視。目前國家及行業(yè)標準規(guī)定的檢測絕緣油中溶解氣體的方法為氣相色譜法，此方法具有高效、高靈敏度、穩(wěn)定、適用范圍廣等優(yōu)點。隨著技術(shù)的發(fā)展，使用光聲光譜法測量絕緣油中溶解氣體的儀器開始出現(xiàn)，其是對我們現(xiàn)有試驗方法的一個有益的補充，但是，通過大量試驗數(shù)據(jù)比對，發(fā)現(xiàn)該方法目前應處在經(jīng)驗積累階段，要達到常規(guī)色譜儀的分析水平還需要做很多工作。

[關(guān)鍵詞]絕緣油中溶解氣體 光聲光譜 氣相色譜 對比分析

中圖分類號：TB 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）23-0003-02

引言

絕緣油中溶解氣體分析是監(jiān)視充油電氣設(shè)備運行狀態(tài)的最有效的手段之一，對及早發(fā)現(xiàn)充油電氣設(shè)備內(nèi)部存在的潛伏性故障，保障設(shè)備穩(wěn)定運行有著重要的意義。氣相色譜法具有分離效能高、分析速度快、靈敏度高、適用范圍廣等優(yōu)點，被廣泛的應用于電力系統(tǒng)中，該方法也是國家標準和行業(yè)標準中所指定的試驗方法。近年來，隨著光聲光譜技術(shù)的發(fā)展，一些利用光聲光譜法分析油中溶解氣體的儀器開始出現(xiàn)。2011年，我公司引進國外某型光聲光譜測試儀用于對絕緣油中溶解氣體進行檢測，使我們對該方法有了初步的了解。本文就傳統(tǒng)的氣相色譜法和光聲光譜法對絕緣油中溶解氣體的檢測進行了分析比較，并給出了相應的結(jié)論。

1 脫氣原理比較

氣相色譜法與光聲光譜法的脫氣方法都是基于溶解平衡的原理，通過相應的手段將絕緣油中特征氣體置換出來，其過程遵守分配定律和亨利定律。

1.1 氣相色譜法

氣相色譜法的脫氣方式是采用機械振蕩的方法，對絕緣油進行脫氣。脫氣時，首先將5mL氮氣（或氬氣）注入到裝有40mL絕緣油樣品的注射器中，保持50℃，接著連續(xù)振蕩20min，再靜止10min，最后將注射器中的平衡氣體取出，進行試驗。

1.2 光聲光譜法

光聲光譜法的脫氣方式是采用頂空脫氣法，首先在連有管路的密封玻璃瓶中裝入50mL絕緣油樣品，進行攪拌，經(jīng)過預定時間后，頂空室中油氣兩相達到平衡，直接對頂空室中的氣體進行分析。

從上述的脫氣方法中可以看出，兩者所使用樣品的體積、平衡氣種類等均不相同，其脫氣率也不能進行平行比較。

2 工作原理的比較

2.1 氣相色譜法的分析原理

來自高壓氣瓶（或氣體發(fā)生器）的載氣首先進入氣路控制系統(tǒng)，將載氣調(diào)節(jié)、穩(wěn)定到所需流量與壓力后，流入到進樣裝置，并把樣品帶入到色譜柱，分離后的各個組分依次進入檢測器，經(jīng)檢測后放空。檢測器所檢測到的電信號，送至記錄儀，記錄儀描繪出各組分的色譜峰。在一定的試驗條件下，色譜峰是色譜分析的主要依據(jù)。其中，色譜峰的保留時間或保留體積決定物質(zhì)組分的性質(zhì)，是色譜定性的依據(jù)；色譜峰的高度或面積是組分濃度或含量的量度，通過對色譜峰的計算，對樣品組分進行定量分析。

2.2 光聲光譜法的分析原理

在預選各氣體的特征頻率時可以排除各氣體的交叉干擾，通過對安裝濾光片的圓盤進行步進控制，就可以依次測量不同的氣體。經(jīng)過調(diào)制后的各氣體特征頻率處的光線以調(diào)制頻率反復激發(fā)樣品池中的氣體分子，被激發(fā)的氣體分子會通過輻射或非輻射兩種方式回到基態(tài)。對于非輻射馳豫過程，體系的能量最終轉(zhuǎn)化為分子的平動能，引起氣體局部加熱，從而在氣池中產(chǎn)生壓力波（聲波）。使用微音器可以檢測這種壓力變化。聲光技術(shù)就是利用光吸收和聲激發(fā)之間的對應關(guān)系，通過對聲音信號的探測從而了解吸收過程。由于光吸收激發(fā)的聲波的頻率由調(diào)制頻率決定；而其強度則只與可吸收該窄帶光譜的特征氣體的體積分數(shù)有關(guān)。因此，建立氣體體積分數(shù)與聲波強度的定量關(guān)系，就可以準確計量氣池中各氣體的體積分數(shù)。

3 試驗效率對比

3.1 氣相色譜法與光聲光譜法單個樣品分析所需時間對比

氣相色譜法與光聲光譜法單個樣品分析所需時間對比如表1所示。

從表1可以看出，試驗單個樣品所需時間兩者基本相同。

3.2 兩個樣品分析所需時間對比

氣相色譜試驗中，在振蕩器中的振蕩及靜置可以同時進行。2個樣品試驗時間為58min。光聲光譜法設(shè)備開機系統(tǒng)吹掃時間20min不再需要，但試驗前吹掃5min必須進行，2個樣品試驗時間為72min，可以看出光聲光譜法設(shè)備所需時間大大多于氣相色譜。

在使用光聲光譜法設(shè)備進行試驗時，經(jīng)常遇到設(shè)備提示試樣瓶被污染，要求更換或重新吹掃，而可能造成污染的原因是多方面的，例如油樣瓶未清理干凈、連接管被油樣污染、過濾墊片需更換等，排出各方面的原因，需大量時間。

4 試驗數(shù)據(jù)的對比

4.1 樣品絕緣油的測量情況

我們用氣相色譜法與光聲光譜法分別對某臺66kV消弧線圈溶解氣體含量較多的油樣、消弧線圈與新油按5：1、3：1、1：1、1：3、1：5的混油的油樣進行了對比試驗，試驗結(jié)果如圖1至圖6所示；對油中氣體含量較少的某220kV變電站#1、#2、#3、#4變壓器對比試驗結(jié)果如圖7至圖10所示。

4.2 數(shù)據(jù)分析

圖1至圖6為某66kV消弧線圈油樣及此油樣與新油按比例混合的油樣的試驗數(shù)據(jù)，其中圖1、圖2、圖3這三組數(shù)據(jù)為消弧線圈油樣或消弧線圈油樣比例較高時，及油中溶解氣體較多的數(shù)據(jù)，從上述三組數(shù)據(jù)來看，除光聲光譜法所檢測的氫氣含量明顯大于試驗室設(shè)備外，其他氣體組分相差不大，在可接受范圍內(nèi)。圖4、圖5、圖6三組數(shù)據(jù)，此時由于消弧線圈油樣的比例減少，油中溶解氣體含量也在減少，光聲光譜法的檢測數(shù)據(jù)與氣相色譜法檢測的數(shù)據(jù)出現(xiàn)顯著的差別。

針對上述問題，我們再次選取了幾組油中溶解氣體較少的幾臺變壓器的油樣進行了對比試驗，試驗結(jié)果如圖7至圖10所示。選擇樣品的特點為投運時間較短、油中溶解氣體含量相對較少。從以上四組數(shù)據(jù)我們可以看出，光聲光譜法設(shè)備對油中溶解氣體含量較少的油樣試驗所得出的試驗結(jié)果，與氣相色譜法所得出的結(jié)果相差較大。在四種烴類氣體中，總有一種或兩種差別比較明顯，如在圖7中乙烷相差最大，圖8中甲烷、乙烯相差最大，圖9中乙烯相差最大，圖10中乙烷、乙烯相差最大，究竟哪種烴類差別明顯，目前我們還沒有發(fā)現(xiàn)規(guī)律。

5 結(jié)論

氣相色譜法測定油中溶解氣體有著分離效能高、分析速度快、靈敏度高、適用范圍廣、試驗技術(shù)成熟等特點，被電力行業(yè)所廣泛應用，其方法也是目前國家標準GB/T7252《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》規(guī)定的試驗方法，在油中溶解氣體分析試驗中占主導地位。作為新興的油中溶解氣體分析方法，光聲光譜測試儀有著攜帶方便、輔助設(shè)備少、環(huán)境影響小、方便進行現(xiàn)場檢測等特點，但光聲光譜法現(xiàn)在仍處于發(fā)展的初期階段，其提供的試驗數(shù)若要用于對設(shè)備進行故障分析、判斷，目前還缺乏底氣，相信通過不斷改進，定會獲得突破，變成一種有前途的試驗方法。

參考文獻

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

[2] GB/T7252-2001，變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則[S].

[3] DL/T722-2000，變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則[S].