气相色谱技术在变压器故障分析中的运用

摘 要:色谱法又称“色谱分析”、“色谱分析法”、“层析法”,是一种分离和分析方法,在分析化学、有机化学、生物化学等领域有着非常广泛的应用。色谱法利用不同物质在不同相态的选择性分配,以流动相对固定相中的混合物进行洗脱,混合物中不同的物质会以不同的速度沿固定相移动,最终达到分离的效果。色谱法起源于20世纪初,1950年代之后飞速发展,并发展出一个独立的三级学科-色谱学。历史上曾经先后有两位化学家因为在色谱领域的突出贡献而获得诺贝尔化学奖,此外色谱分析方法还在12项获得诺贝尔化学奖的研究工作中起到关键作用。

关键词:气体分析; 变压器; 内部故障; 判断

中图分类号:TB

文献标识码:A

文章编号:1672-3198(2010)09-0322-01

1 气相色谱法一般流程

气相色谱法的一般流程主要包括三部分:载气系统、色谱柱和检测器。

表1 气相色谱法流程

序号流程图说明

1 1.分两次进样:进样Ⅰ(FID)测C1∽C2,进样Ⅱ(TCD)测H2、O2(N2),(FID)测CO、CO2

2.此流程适合于一般仪器;

3.图中Ni表示镍触媒转化器,Air、N2、Ar、H2分别表示空气、氮气、氩气、氢气

2 1.一次进样,双柱并联二次分流控制:(TCD)测H2、O2,(FID1)测C1∽C2、CO、CO2

2.此流程适合于一般仪器;

3.同序号1中说明3;

4.此流程若采用三检测器(TCD和双FID)柱Ⅰ(FID1)测C1∽C2

柱Ⅱ(TCD)测H2、O2(N2),转化器后接(FID2)测CO、CO2

3 1.一次进样,自动阀切换操作:

阀切换在如图位置时:(TCD)测H2、O2(N2)(FID)测CH4、CO2阀切换脱开柱Ⅱ,连通针阀时:(FID)测CO2、C1∽C2

2.此流程适合于自动分析仪器;

3.同序号1中说明3

由此可见,气相色谱的分离原理是利用不同物质在两相间具有不同的分配系数,当两相作相对运动时,试样的各组分就在两相中经反复多次地分配,使得原来分配系数只有微小差别的各组分产生很大的分离效果,从而将各组分分离开来。然后再进入检测器对各组分进行鉴定。2 变压器的故障产生的气体及故障类型

表2 不同故障类型产生的气体组分

序号故障性质特征气体的特点

1一般过热性故障总烃较高,C2H2小于5uL/L的注意值,产气的速率较慢

2严重过热性故障总烃较高,C2H2可能大于5uL/L,H2的含量较高,产气速率快

3局部放电总烃不高,H2的含量大于150 uL/L的注意值,CH4占总烃主要成份

4火花放电总烃不高,C2H2含量较高,往往大于10uL/L,H2的含量较高

5电弧放电总烃高,C2H2含量高往往构成总烃的主要成分,H2的含量高

当故障涉及到固体绝缘时会引起一氧化碳和二氧化碳含量的明显增长。但根据现有统计资料,固体绝缘的正常老化过程与故障情况下劣化分解,表现在油中一氧化碳的含量上,一般情况下没有严格的界限,二氧化碳含量的规律更不明显。因此,在考察这两种气体含量时更应结合具体变压器的结构特点(如油保护方式)、运行温度、负荷情况、运行历史等情况加以综合分析。

对开放式变压器一氧化碳含量一般在300ppm以下。如总烃含量超出正常范围,而一氧化碳含量超过300ppm,应考虑有涉及到固体绝缘过热的可能性;如一氧化碳含量虽然超过300ppm,但总烃含量在正常范围,一般可认为是正常的;对某些有双饼式线圈带附加外包绝缘的变压器,当一氧化碳含量超过300ppm时,即使总烃含量正常,也可能有固体绝缘过热故障。

对贮油柜中带有胶囊或隔膜的变压器,油中一氧化碳含量一般均高于开放式变压器。

突发性绝缘击穿事故时,油中溶解气体中的一氧化碳、二氧化碳含量不一定高,应结合气体继电器中的气体分析作判断。

3 诊断变压器等充油设备内部的潜伏性故障

在诊断变压器等充油设备内部的潜伏性故障时,应综合考虑以下三个方面的因素,做到准确判断变压器的故障类型及故障的大致部位:

3.1 故障下产气的累计性

充油电气设备的潜伏性故障所产生的可燃性气体大部分会溶解于油。随着故障的持续,这些气体在油中不断积累,直至饱和甚至析出气泡。因此,油中故障气体的含量及其累计程度是诊断故障的存在与发展情况的一个依据。

3.2 故障下产气的速率

正常情况下充油电气设备在热和电场的作用下也会老化分解出少量的可燃性气体,但产气速率很缓慢。当设备内部存在故障时,就会加快这些气体的产气速率。因此,故障气体的产气速率,也是诊断故障的存在与发展程度的另一个依据。

3.3 故障下产气的特征性

变压器内部在不同故障下产生的气体有不同的特征。例如局部放电时总会有氢;较高温度的过热时总会有乙烯;而电弧放电时也总会有乙炔。因此,故障下产气的特征性是诊断故障性质的又一个依据。

在用气相色谱连续检测充油电气设备内部故障的过程中,如果发现油中各种气体的含量中有一项达到了注意值范围时,应开始引起注意,采取措施进行其它电气试验等,以便对设备有无异常作出分析和判断。当试验结果中一项超过注意值上限时,应采取措施,尽早停止运行,并用其它试验进行验证,进一步找出故障点,防止重大事故的发生。

用气相色谱法对充油电气设备油中气体含量的分析,能判明设备存在的故障,更重要的是分析判断故障的性质,是过热性故障还是放电性故障及故障的大概部位是在裸金属部分还是介入了固体绝缘,从而进一步估计故障的危害性,以便及时采取措施,作出正确处理,防患于未然。

4 结语

利用气相色谱分析变压器油的气体组分及其含量,能够使技术人员充分掌握并监测变压器的运行状态,能够提前知道变压器内部是否存在潜伏性故障,即在变压器运行中(不停电、不吊芯的情况下),通过常规检测及色谱分析就可以把变压器内有无故障、有什么样性质的故障诊断出来,这对于变压器的维护保养起到关键性的指导作用,从而更好地保证电力系统的安全运行。

参考文献

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