1、第7章 油中溶解氣體組分檢測技術本章內容摘要 本章主要介紹了油中溶解氣體組分檢測技術的發展歷程、基本原理，介紹了油中溶解氣體的現場檢測方法、相關注意事項和標準檢測流程，以及如何應用油中溶解氣體檢測結果分析充油設備的運行狀況。目次第一節 油中溶解氣體分析技術概述3一、發展歷程3二、技術分類3三、應用情況3第二節 油中溶解氣體分析技術基本原理5一、基本知識5二、油中溶解氣體產氣基本原理51.絕緣油的裂化產氣52.固體絕緣材料的裂化產氣63.充油高壓設備的故障氣體特征6三、油中溶解氣體分析方法原理71.氣相色譜法72.光聲光譜法7第三節 油中溶解氣體檢測及診斷方法9一、樣品采集91.取樣容器準備92

2、.現場取油、氣樣方法93.油樣保存和運輸114.注意事項11二、檢測方法111.從油中脫出溶解氣體112.氣體檢測12三、故障診斷技術161.故障診斷步驟162.有無故障的判斷173.故障類型判斷204.故障程度估算25第四節 典型案例分析29案例129案例230案例332案例432參考文獻：34第一節 油中溶解氣體分析技術概述一、發展歷程油中溶解氣體分析技術的發展是基于色譜法的發展。色譜法是1903年由俄國植物學家米哈伊爾.茨維特創立的，1952年馬?。ˋ.J.P.Martin)和辛格（R.L.M.Sgnge)及詹姆斯（A.T.James)等人在色譜法的基礎上首先建立氣相色譜法，奠定了油中溶

3、解氣體分析技術的基礎。至今雖僅有半個多世紀的歷史，由于其具有分離效能高、分析速度快、定量結果準、易于自動化等特點，已經成為舉世公認的重要近代分析手段之一。我國油中溶解氣體的分析始于20世紀60年代， 70年代后應用范圍迅速擴大，迄今已遍及全國。油中溶解氣體的分析一般不需要設備停電，而且對發現電力充油設備內部故障的早期診斷非常靈敏、有效，為目前設備狀態性檢修提供了可靠地依據。目前，絕緣油中溶解氣體組分的測定的氣相色譜法、變壓器油中溶解氣體分析和潛伏性故障的診斷導則已作為行業標準和國家標準在全國推廣實施。二、技術分類油中溶解氣體檢測技術按照工作原理分為氣相色譜色譜法、光聲光譜法、紅外光譜法等。按照

4、不同原理生產的檢測儀器分別稱為氣相色譜儀、光聲光譜儀、紅外光譜儀等。油中溶解氣體檢測技術按照使用方式可分為實驗室檢測技術、便攜式檢測技術和在線檢測技術。按照不同使用方式生產的檢測儀器分別稱為實驗室色譜儀、便攜式色譜儀和色譜在線檢測裝置。三、應用情況 20世紀70年代初，電力系統開始將油中溶解氣體分析技術應用于變壓器內部故障的早期診斷。多年來，隨著實踐經驗的積累，取樣、脫氣方法得以改進，診斷方法方面也取得了很大發展，目前利用氣相色譜法檢測油中溶解氣體判斷設備內部故障和監視設備的運行，可有效判斷設備老化、過熱、受潮、放電等早期故障，已成為充油電氣設備安全運行不可缺少的重要手段。應用電壓等級已涵蓋6

5、至1000千伏交直流設備；應用設備類型包含變壓器、電抗器、電流互感器、電壓互感器及油紙套管等充油設備，應用過程貫穿于設備制造、安裝、運行、退役全壽命周期監督。第二節 油中溶解氣體分析技術基本原理一、基本知識分析油中溶解氣體的組分和含量是監視充油電氣設備安全運行的最有效的措施之一。該方法適用于充有礦物絕緣油和以紙或層壓紙板為絕緣材料的電氣設備。主要監測對判斷充油電氣設備內部故障有價值的氣體，即氫氣（H2）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）乙烯（C2H4)、乙炔（C2H2）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）。定義總烴為烴類氣體含量的總和，即甲烷、乙烷、乙烯和乙炔含量的總和。二、油中溶解氣體產氣

6、基本原理充油電氣設備所用材料包括絕緣材料、導體（金屬）材料兩大類。絕緣材料主要是絕緣油、絕緣紙、樹脂及絕緣漆等；金屬材料主要是銅、鋁、硅鋼片等材料。故障下產生的氣體也主要是來源于紙和油的熱解裂化。1.絕緣油的裂化產氣絕緣油是由許多不同分子量的碳氫化合物分子組成的混合物，分子中含有CH3*、CH2*和CH*化學基團，并由CC鍵鍵合在一起。由電或熱故障的結果可以使某些CH鍵和CC鍵斷裂，伴隨生成少量活潑的氫原子和不穩定的碳氫化合物的自由基，這些氫原子或自由基通過復雜的化學反應迅速重新化合，形成氫氣和低分子烴類氣體，如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等，也可能生成碳的固體顆粒及碳氫聚合物（X-蠟）。故障初期，

7、所形成的氣體溶解于油中；當故障能量較大時也可能聚集成游離氣體。低能量放電性故障，如局部放電，通過離子反應促使最弱的鍵CH鍵（338kJ/mol）斷裂，主要重新化合成氫氣而積累。對CC健的斷裂需要較高的溫度（較多的能量），然后迅速以CC鍵（607kJmol）、CC鍵（720kJmol）和CC鍵（960kJmol）的形式重新化合成烴類氣體，依次需要越來越高的溫度和越來越多的能量。乙烯是在高于甲烷和乙烷的溫度（大約為500）下生成的（雖然在較低的溫度時也有少量生成）。乙炔一般在8001200 溫度下生成，而且當溫度降低時，反應迅速被抑制，作為重新化合的穩定產物而積累。因此，大量乙炔是在電弧的弧道中產

8、生的。當然在較低的溫度下（低于800）也會有少量乙炔生成。油起氧化反應時，伴隨生成少量CO和CO2,并且C0和CO2能長期積累，成為數量顯著的特征氣體。圖7-1 故障氣體的產生和故障溫度的關系2.固體絕緣材料的裂化產氣紙、層壓板或木塊等固體絕緣材料分子內含有大量的無水右旋糖環和弱的CO鍵及葡萄糖甙鍵，它們的熱穩定性比油中的碳氫鍵要弱，并能在較低的溫度下重新化合。聚合物裂解的有效溫度高于105，完全裂解和碳化高于300，生成水的同時，生成大量的CO和CO2及少量烴類氣體和呋喃化合物，同時油被氧化。CO和CO2的形成不僅隨溫度而且隨油中氧的含量和紙的濕度增加而增加。3.充油高壓設備的故障氣體特征絕

9、緣油里分解出的氣體形成氣泡，在油里經對流、擴散不斷地溶解在油中。這些故障氣體的組成和含量與故障的類型及其嚴重程度有密切關系。因此，分析溶解于油中的氣體就能盡早發現設備內部存在的潛伏性故障，并可隨時監視故障的發展狀況。不同的故障類型產生的主要特征氣體和次要特征氣體可歸納為表2-1。表7-1 不同故障類型產生的氣體故 障 類 型主要氣體組成次要氣體組成油過熱CH4，C2H4H2，C2H6油和紙過熱CH4，C2H4，CO，CO2H2，C2H6油紙絕緣中局部放電H2，CH4，COC2H2，C2H6，CO2油中火花放電H2，C2H2油中電弧H2，C2H2CH4，C2H4，C2H6油和紙中電弧H2，C2H

10、2，CO，CO2CH4，C2H4，C2H6注：進水受潮或油中氣泡可能使氫含量升高在變壓器里，當產氣速率大于溶解速率時，會有一部分氣體進入氣體繼電器或儲油柜中。當變壓器的氣體繼電器內出現氣體時，分析其中的氣體，同樣有助于對設備的狀況做出判斷。三、油中溶解氣體分析方法原理實現油中溶解氣體故障分析的方法，目前主要采用氣相色譜法和光聲光譜法兩種方法。1.氣相色譜法色譜法（也稱色譜分析、色層法、層析法）：是一種物理分離方法，它利用混合物中各物質在兩相間分配系數的差別，當溶質在兩相間做相對移動時各物質在兩相間進行多次分配，從而使各組分得到分離。實現這種色譜法的儀器就叫色譜儀。圖7-2 混合氣體在色譜柱里的

11、分離色譜法的分離原理主要是，當混合物在兩相間作相對運動時，樣品各組分在兩相間進行反復多次的分配，不同分配系數的組分在色譜柱中的運行速度就不同，滯留時間也就不一樣。分配系數小的組分會較快地流出色譜柱；分配系數愈大的組分就愈易滯留在固定相間，流過色譜柱的速度較慢。這樣，當流經一定的柱長后，樣品中各組分得到了分離。當分離后的各個組分流出色譜柱而進入檢測器時，記錄儀就記錄出各個組分的色譜峰。色譜法具有：（）分離效能高、（）分析速度快、（）樣品用量少、（）靈敏度高、（）適用范圍廣等許多化學分析法無可與之比擬的優點。主要檢測流程：來自高壓氣瓶或氣體發生器的載氣首先進入氣路控制系統，把載氣調節和穩定到所需要

12、流量與壓力后，流入進樣裝置把樣品（油中分離出的混合氣體）帶入色譜柱，通過色譜柱分離后的各個組分依次進入檢測器，檢測后檢測到的電信號進過計算機處理后得到每種特征氣體的含量。2.光聲光譜法氣體光聲效應是由氣體分子吸收電磁輻射（如紅外輻射等）所致，氣體分子按其特征吸收一定量電磁輻射后，導致氣體溫度上升，部分能量隨即以釋放熱能方式退激，并導致氣體及周圍介質產生壓力波動。若將氣體置于密閉容器內，氣體的溫度變化則產生成比例的壓力波。首先是需要確定每種氣體特定的分子吸收光譜，從而可對紅外光源進行波長調制使其能夠激發某一特定氣體分子；其次則是確定氣體吸收能量后退激產生的壓力波強度與氣體濃度間的比例關系。因此，

13、通過選取適當的波長并結合檢測壓力波的強度，就不僅可驗證各種氣體的存在，并可進一步確定其濃度。甚至對某些混合物或化合物也可做出定性、定量分析，而這也正是光聲光譜技術的特點。使用光聲光譜技術檢測變壓器油中溶解氣體的基本原理如下:2.1光源輸出穩定的紅外光，經以一定頻率旋轉的調制盤調制，透過不同顏色的濾光片，產生周期性（照射與不照射）的窄帶光。2.2對采集到的變壓器油進行動態頂空脫氣，脫出的氣體經氣路進入到密封的容器。2.3利用調制出的周期性窄帶光對混合氣體進行周期性的激發，利用不同氣體擁有特定的吸收波長的特性，每一種經調制的窄帶光可使某一種故障氣體周期性的受激退激，從而產生周期性的溫度變化，進而導

14、致周期性的壓力變化。2.4利用氣室兩端的高靈敏度微音器（相當于麥克風）探測這種壓力的變化，將其轉化成電信號，通過混合氣體濃度與電信號之間的對應關系以及計算方法，得出某一種故障氣體的濃度。圖7-3 光聲光譜監測原理圖總結以上原理，其檢測過程主要為兩方面，一個是通過使用不同的濾光片進行選擇窄帶光，激發某一種氣體，從而實現對故障氣體的定性檢測，即檢測為哪一種故障氣體；另一個是通過找到光聲效應產生的電信號與氣體濃度間的關系，從而實現對故障氣體的定量檢測，即檢測具體該種故障氣體的濃度。第三節 油中溶解氣體檢測及診斷方法油中溶解氣體組分檢測技術地主要步驟為充油電氣設備的樣品采集、從油中脫出溶解氣體、檢測各

15、氣體組分濃度、根據試驗數據進行故障識別和診斷。一、樣品采集1.取樣容器準備1.1取油樣容器準備1.1.1容器要求：應使用密封良好且無卡塞的100mL玻璃注射器。1.1.2清洗方法方法一：取樣注射器使用前，按順序用有機溶劑(無水乙醇或石油醚)、自來水、蒸餾水洗凈，在105下充分干燥后，立即用密封膠帽蓋住頭部待用，保存在專用樣品箱內。如果一次清洗多支注射器時，應做好一一對應標識，防止混淆不配套。方法二：實驗室應備有10L左右經檢測合格的新變壓器油(清洗油)，用于100ml玻璃注射器清洗。用注射器抽取20ml左右清洗油，蓋上密封膠帽，上下晃動注射器幾次后將油排盡，重復以上操作5次，完畢后用干凈抹布將

16、注射器外表面搽干凈，立即用密封膠帽蓋住頭部待用，保存在專用樣品箱內。1.2 取氣樣容器準備1.2.1容器要求：應使用密封良好且無卡塞的10mL玻璃注射器。1.2.2清洗方法：取樣注射器使用前，按順序用有機溶劑(無水乙醇或石油醚)、自來水、蒸餾水洗凈，在105下充分干燥后，立即用密封膠帽蓋住頭部待用，保存在專用盒子內。如果一次清洗多支注射器時，應做好一一對應標識，防止混淆不配套。2.現場取油、氣樣方法2.1準備工作2.1.1根據現場工作時間和工作內容填寫工作票，履行工作票許可手續。2.1.2正確佩戴好安全帽、進入工作現場,在工作地點懸掛“在此工作”標示牌，檢查安全措施是否滿足工作要求，整齊擺放工

17、器具及取樣箱、取樣容器。2.1.3取樣標簽2.1.3.1填寫樣品標簽，完畢后粘貼在注射器上。2.1.3.2標簽內容：變電站名稱、設備名稱、取樣日期等。2.2取油樣步驟2.2.1取油樣部位：一般應在設備底部取樣閥取樣，特殊情況下可以在不同位置取樣。2.2.2取油樣前應確認設備油位正常，滿足取樣要求。2.2.3核對取樣設備和容器標簽，用干凈大布將電氣設備放油閥門擦凈。2.2.4用專用工具擰開放油閥門防塵罩。2.2.5取油樣操作2.2.5.1將三通閥連接管與放油閥接頭連接，注射器與三通閥連接。2.2.5.2旋開放油閥螺絲，旋轉三通與注射器隔絕，放出設備死角處及放油閥的死油(大約500mL)，并收集于

18、廢油桶中。2.2.5.3旋轉三通與大氣隔絕，借助設備油的自然壓力使油注入注射器，以便濕潤和沖洗注射器(注射器要沖洗2-3次)。2.2.5.4旋轉三通與設備本體隔絕，推注射器芯子使其排空。2.2.5.5旋轉三通與大氣隔絕，借助設備油的自然壓力使油緩緩進入注射器中。2.2.5.6當注射器中油樣達到50 mL80 mL左右時，立即旋轉三通與本體隔絕，從注射器上拔下三通，在密封膠帽內的空氣泡被油置換之后，蓋在注射器的頭部，將注射器置于專用樣品箱內。2.2.5.7擰緊放油閥螺絲及防塵罩，用大布擦凈取樣閥門周圍油污。2.2.5.8檢查油位應正常，否則應補油。1-連接管；2-三通閥；3-注射器圖7-4 用注

19、射器取樣示意圖2.3取氣樣步驟2.3.1取氣樣部位：氣體繼電器的放氣嘴。2.3.2核對取樣設備和容器標簽，用注射器抽取少許本體油，潤濕注射器后排空，蓋上密封膠帽，用干凈大布將放氣嘴擦凈。2.3.3取氣樣操作2.3.3.1將三通閥連接管與放氣嘴連接，注射器與三通閥連接。2.3.3.2旋轉三通與大氣隔絕，緩慢擰開放氣嘴，用氣體繼電器內的氣體沖洗導通管及注射器。2.3.3.3旋轉三通與設備本體隔絕，推注射器芯子使其排空。(氣量少時可不進行2、3步驟)2.3.3.4旋轉三通與大氣隔絕，借助氣體繼電器內氣體的壓力使氣樣緩緩進入注射器中。2.3.3.5當注射器中氣樣達到6mL左右時，立即旋轉三通與本體隔絕

20、，從注射器上拔下三通，在密封膠帽內的空氣泡被油置換之后，蓋在注射器的頭部，將注射器置于專用盒子內。2.3.3.6擰緊放氣嘴。3.油樣保存和運輸3.1取好的油樣應放入專用樣品箱內，在運輸中應盡量避免劇烈震動，防止容器破碎，盡量避免空運和避光。3.2注射器在運輸和保存期間，應保證注射器芯能自由滑動，油樣放置不得超過4天。4.注意事項4.1取樣應在晴天進行，取樣后要求注射器芯子能自由活動，以避免形成負壓空腔。4.2取完油樣后，清點工具，清理工作現場，將廢油及廢材料收回統一管理。4.3取油樣結束15min后應對取樣閥門進行檢查，確認無滲漏油現象。4.4取樣時，使用工具適當，避免造成閥門滑絲。4.5閥門

21、不宜打開過大，防止取樣閥門脫落造成事故。4.6應遵守現場工作相關安全管理規程。二、檢測方法1.從油中脫出溶解氣體因為氣相色譜儀只能分析氣樣，所以必須從油中脫出溶解氣體。從油中脫氣方法很多，目前常用的脫氣方法有溶解平衡法和真空法兩種。在這兩種脫氣法中，溶解平衡法以其獨特的特點（如操作方便、儀器用品簡單、工作介質無毒安全以及準確度高等）被列為對油樣脫氣的常規方法。1.1真空法根據取得真空的方法不同，真空法又分為水銀托里拆利真空法和機械真空法兩種，常用的是機械真空法。 機械真空法屬于不完全的脫氣方法，在油中溶解度越大的氣體脫出率越低，而在恢復常壓的過程中，氣體都有不同程度的回溶。溶解度越大的組分，回

22、溶越多。不同的脫氣裝置或同一裝置采用不同的真空度，將造成分析結果的差異。因此使用機械真空法脫氣，必須對脫氣裝置的脫氣率進行校核。1.2溶解平衡法溶解平衡法也稱頂空脫氣法，目前使用的是機械振蕩方式，因此也稱機械振蕩法。其重復性和再現性均能滿足實驗要求。該方法的原理是基于頂空色譜法原理(分配定律)。即在一恒溫恒壓條件下的油樣與洗脫氣體構成的密閉系統內，通過機械振蕩方法使油中溶解氣體在氣、液兩相達的分配平衡。通過測定氣體中各組分濃度，并根據分配定律和兩相平衡原理所導出的奧斯特瓦爾德（Ostwald）系數計算出油中溶解氣體各組分的濃度。對振蕩裝置的要求：頻率270280次/ min，振幅35+3mm，

23、控溫精度50±0.3，定時精度+2min，注射器放置時頭部比尾部高出5°，且出口嘴在下方，位置固定不動。1.3脫氣裝置的操作要點為了提高脫氣效率和降低測試的最小檢知濃度，對真空脫氣法一般要求脫氣室體積和進油樣體積相差越大越好。對溶解平衡法，在滿足分析進樣量要求的前提下，應注意選擇最佳的氣、液兩相體積比。脫氣裝置應與取樣容器連接可靠，防止進油時帶入空氣氣體自油中脫出后，應盡快轉移到儲氣瓶或玻璃注射器中去，以免氣體與脫過氣的油接觸時，因各組分有選擇性地回溶而改變其組成。脫出的氣樣應盡快進行分析，避免長時間地儲存而造成氣體逸散。要注意排凈前一個油樣在脫氣裝置中的殘油和殘氣，以免故

24、障氣含量較高的油樣污染下一個油樣。1.4實操案例：機械振蕩儀操作流程1.4.1貯氣玻璃注射器的準備：取5ml玻璃注射器A，抽取少量試油沖洗器筒內壁12次后，吸入約0.5ml試油，套上橡膠封帽，插入雙頭針頭，針頭垂直向上。將注射器內的空氣和試油慢慢排出，使試油充滿注射器內壁縫隙而不致殘存空氣。1.4.2試油體積調節：將100ml玻璃注射器B中油樣推出部分，準確調節注射器芯至40.0ml刻度(40ml為推薦值，必要時也可調整試油體積),立即用橡膠封帽將注射器出口密封。為了排除封帽凹部內空氣，可用試油填充其凹部或在密封時先用手指壓扁封帽擠出凹部空氣后進行密封。操作過程中應注意防止空氣氣泡進入油樣注射

25、器B內。1.4.3加平衡載氣：取5ml玻璃注射器C，用氮氣（或氬氣）清洗12次，再準確抽取5ml氮氣(或氬氣),然后將注射器C內氣體緩慢注入有試油的注射器B內,操作示意如下圖。含氣量低的試油，可適當增加注入平衡載氣體積，但平衡后氣相體積應不超過5ml。一般分析時，采用氮氣做平衡載氣，如需測定氮組分，則要改用氬氣做平衡載氣。圖7-5 加氣操作示意圖1.4.4振蕩平衡：將注射器B放入恒溫定時振蕩器內的振蕩盤上。注射器放置后,注射器頭部要高于尾部約5°，且注射器出口在下部（振蕩盤上按此要求設計制造）。啟動振蕩器振蕩操作鈕，連續振蕩20min，然后靜止10min 。室溫在10以下時，振蕩前，

26、注射器B應適當預熱后，再進行振蕩。1.4.5轉移平衡氣：將注射器B從振蕩盤中取出，并立即將其中的平衡氣體通過雙頭針頭轉移到注射器A內。室溫下放置2min，準確讀其體積Vg（準確至0.1mL），以備色譜分析用。為了使平衡氣體完全轉移，也不吸入空氣，應采用微正壓法轉移，即微壓注射器B的芯塞，使氣體通過雙針頭進入注射器A。不允許使用抽拉注射器A芯塞的方法轉移平衡氣。注射器芯塞應潔凈，以保證其活動靈活。轉移氣體時，如發現注射器A卡澀時，可輕輕旋動注射器A的芯塞。2.氣體檢測2.1氣相色譜檢測氣相色譜儀擔負著對樣品的分離、檢測，同時還對儀器的輔助部分如氣路、溫度等進行精密控制，它的質量好壞將直接影響分析

27、結果的準確性。氣相色譜儀應具備熱導檢測器（TCD）（測定氫氣、氧氣）、氫焰離子化檢測器（FID）（測定烴類、一氧化碳、二氧化碳氣體轉化成德甲烷）、鎳觸媒轉化器（將一氧化碳和二氧化碳轉化為甲烷）。檢測靈敏度應能滿足油中溶解氣體最小檢測濃度的要求。圖7-6 氣相色譜流程方框圖2.1.1氣相色譜儀主要組成模塊如下：2.1.1.1氣路控制模塊主要作用是為保證進樣系統、色譜柱系統和檢測器的正常工作提供穩定的載氣，另外為檢測器提供必需的燃氣、助燃氣以及有關輔助氣。氣路控制系統的好壞將直接影晌分離效率、穩定性和靈敏度，從而直接影響定性定量的準確性。氣路控制系統主要由開關閥、穩壓閥、針型閥、切換閥、壓力表、流

28、量計等部件組成。2.1.1.2進樣模塊主要作用是與各種形式的進樣器相配合，使有關樣品快速、定量地送到各類型色譜柱上，進行色譜分離。進樣系統的結構設計、使用材料、進樣溫度、進樣時間、進樣量及進樣重復性都直接影響色譜分離和定量結果。2.1.1.3色譜柱色譜柱的作用是分離混合物樣品中的有關組分。色譜柱選用的正確與否，將直接影響分離效率、穩定性和檢測靈敏度。2.1.1.4柱箱柱箱就是裝接和容納各種色譜柱的精密控溫的爐箱，為色譜柱提供精密溫控。2.1.1.5檢測器檢測器是氣相色譜儀的心臟部件，它的功能是把隨載氣流出色譜柱的各種組分進行非電量轉換，將組分轉變為電信號，便于記錄測量和處理。2.1.1.6檢測

29、電路每一種檢測器都必須對應配套連接一個檢測器電路，例如最常用的氫焰離子化檢測器，就必須配置一個微電流放大器，熱導檢測器就必須配置一個電橋供電源（有直流穩壓電源，也有直流恒流電源等）。2.1.1.7溫度控制模塊溫度是氣相色譜技術中十分重要的參數，一般氣相色譜儀中，至少應有三路溫度控制。2.1.1.8色譜工作站/數據記錄儀一般色譜儀只是輸出樣品組分被檢測器轉換后的電信號，因此需要在檢測電路輸出端連接一個對輸出信號進行記錄和數據處理的裝置，色譜工作站就是實現這種功能的裝置，色譜儀必須和工作站或記錄儀配套使用。在氣相色譜儀的基本組成中，核心是色譜柱和檢測器兩大部分，氣相色譜儀中其它部分，如氣源、氣路控

30、制、檢測電路等部分都是為色譜柱和檢測器這二個核心部分服務的。2.1.1.9氣路流程常用的氣路流程有單針三檢測器、雙針雙檢測器、單針雙檢測器等。本教材以常用的單針三檢測器流程為例介紹操作方法。圖7-7 單針三檢測器氣路流程圖此流程一針進樣后經三個檢測器（TCD+雙FID）將變壓器油中組分全部檢測，即混合組分經進樣口進樣，通過載氣經柱頭分流，一路載氣通過高分子聚合物色譜柱分離，由FID1檢測出CH4、C2H4、C2H6、C2H2等烴類；另一路載氣經碳分子篩柱由TCD檢測出H2、02再經轉化爐將C0、C02轉化成CH4，然后將檢測器信號切換到FID2，由FID2檢測器檢測出CO、CO2組分。2.1.

31、2氣相色譜分析操作步驟2.1.2.1色譜儀開機1)檢查進樣膠墊，若有漏氣隱患則更換。2)打開載氣、氫氣、空氣三路氣源，通氣10分鐘左右。3)通氣期間，檢查色譜儀工況，載氣壓力一般在0.1Mpa-0.2Mpa之間。如果壓力過高，則可能氣路有堵塞，如果壓力過低，則可能氣路有漏氣點。4)色譜儀的主要部件均需要工作在適宜的溫度下。柱箱溫度一般在60左右，以保證最佳的柱效率和分離度；熱導檢測器溫度一般比柱箱高10-20，以避免從色譜柱來的物質在熱導檢測器中冷凝；氫焰檢測器溫度一般在100-200之間，以避免氫焰燃燒產生的水在檢測器中冷凝；轉化爐檢測器溫度一般在350左右，以保證鎳觸媒的最佳催化效率。 5

32、)氫焰檢測器溫度>100后，可對氫焰檢測器點火，會有輕微的爆鳴聲，以示點火成功。若不好點火時，可適當加大氫氣流量。6)熱導檢測器溫度溫度后，可以加橋流。7)觀察工作站上的檢測器基線，穩定后即可進樣分析。2.1.2.2儀器的標定氣相色譜儀采用外標法計算樣品結果。用lmL玻璃注射器D準確抽取已知各組分濃度Cis的標準混合氣0.5mL(或lmL)進樣標定。利用工作站確定各組分出峰時間并計算校正因子。標定儀器應在儀器運行工況穩定且相同的條件下進行，兩次標定的重復性應在其平均值的±2以內。每次試驗均應標定儀器。至少重復操作兩次，取其平均值is(或is)。應注意檢查標氣的有效性，過期標氣或

33、壓力過低的標氣應及時更換。標氣的濃度應正確輸入到色譜工作站軟件中。 圖2-9 標樣圖譜3.試樣分析圖7-8 標氣測定譜圖2.1.2.3 樣品測試油樣測試時需在工作站輸入試油體積、環境溫度、脫氣體積、大氣壓等工況參數。用lmL玻璃注射器D從注射器A或氣體繼電器氣體樣品中準確抽取樣品氣1mL(或0.5mL)，進樣分析。利用工作站確定各組分含量。樣品分析應與儀器標定應由同一人使用同一支進樣注射器，取相同進樣體積。2.1.2.4 結果計算根據GB/T17623-1998“絕緣油中溶解氣體組分含量的氣相色譜測定法”提供的計算公式，計算特征氣體濃度結果。推薦使用專門的色譜工作站軟件，正確選擇脫氣方式，實現

34、自動計算。2.2光聲光譜檢測油中溶解氣體光聲光譜檢測方法是：將樣品利用頂空平衡法將油中溶解的氣體分離，送到檢測器中，采用光聲光譜對氣體濃度進行定量檢測，給出所有特征氣體及微水的測量結果。2.2.1儀器組成。光聲光譜檢測儀主要組成部分有脫氣模塊、測量模塊、輸出模塊、熱敏打印模塊等組模塊成。工作流程如下： 圖7-9 光聲光譜檢測流程圖2.2.1.1脫氣模塊。光聲光譜檢測儀采用的是“動態頂空平衡法”進行脫氣。在脫氣的過程中，采樣瓶內的磁力攪拌子不停的旋轉，攪動油樣脫氣；析出的氣體經過檢測裝置后返回采樣瓶的油樣中。在這個過程中，光聲光譜模塊間隔測量氣樣的濃度，當前后測量的值一致時，認為脫氣完畢。 如圖

35、所示:圖7-10 脫氣裝置示意圖2.2.1.2測量模塊。主要由紅外光源，調制解調盤、濾光器、微音檢測室等部件組成。紅外光源為單色光；調制解調盤作用是將紅外光轉換為窄帶光；利用濾光器上的光學濾片選擇性透過一定波長的窄帶光；不同波長的窄帶光針對不同特征組分進行激發，引起溫度變化，產生壓力波動；密閉微音檢測室的微音探測器可檢測到密閉空間里的壓力變化，并根據這種變化強度將其轉換成不同強度的電信號輸出。2.2.1.3輸出模塊。將輸出電信號經過轉換處理，轉化為濃度信號，存入數據庫。2.2.1.4打印模塊。通過熱敏打印機，可對現場測試結果進行打印。2.2.2測試步驟2.2.2.1儀器啟動后輸入樣品信息，檢查

36、并確認所有已經進入數據庫；2.2.2.2在取樣瓶加入磁力攪拌器（氣樣分析取樣瓶不需要磁力攪拌器）并密封瓶蓋后，進行管路及溫度傳感器連接。 2.2.2.3可以選擇所需的吹掃時間，通常在5至20分鐘。默認為5分鐘，但比較長時間的采用空氣“吹掃”采樣瓶及整個氣路系統，有助于減少上一次檢測留有的殘余氣體對檢測的影響。2.2.2.4吹掃清洗完成后，儀器會自動計算空樣瓶組合的氣體濃度，以提供一個零位參考作為選定的樣本瓶中的樣品測量氣體濃度。2.2.2.5樣品注射器連接專用進樣接頭后，將50ml油樣(或5ml氣樣）緩緩注入樣品瓶內，并按確認。 2.2.2.6油樣注入后，儀器隨即測量油樣溫度，目的在于避免測量

37、中可能的油蒸汽在儀器氣路內凝結。當溫差值顯示0.0°C時，儀器自動開始攪動采樣瓶內的磁性攪拌子。 2.2.2.7儀器開始進行水分測量和溶解氣體濃度測量測量。2.2.2.8當測量完成后，儀器顯示各種溶解的氣體組分含量。2.2.2.9根據需求打印測試結果。三、故障診斷技術1.故障診斷步驟1.1充油電氣設備故障診斷理論依據1.1.1故障下產氣的累積性：充油電氣設備的潛伏性故障所產生的可燃性氣體大部分會溶解于油。隨著故障的持續，這些氣體在油中不斷積累，直至飽和甚至析出氣泡。因此，油中故障氣體的含量即其累積程度是診斷故障的存在與發展情況的一個依據。1.1.2故障下產氣的加速性（即產氣速率）：正

38、常情況下充油電氣設備在熱和電場的作用下也會老化分解出少量的可燃性氣體，但產氣速率很緩慢。當設備內部存在故障時，就會加快這些氣體的產生速率。因此，故障氣體的產生速率，是診斷故障的存在與發展程度的另一依據。1.1.3故障下產氣的特征性：變壓器內部在不同故障下產生的氣體有不同的特征。例如局部放電時其故障特征氣體是氫和甲烷；較高溫度的過熱時總會有乙烯，而電弧放電時也總會有氫、乙炔。因此，故障下產氣的特征性是診斷故障性質的又一個依據。1.1.4氣體的溶解與擴散：只要故障不是發展的特別迅速，故障下的產氣就會在油中溶解與擴散，從取樣閥中取樣就具有均勻性、一致性和代表性。1.2充油電氣設備故障診斷步驟對于一個

39、有效的分析結果，應按以下步驟進行診斷：1）判定有無故障；2）判斷故障類型；3）診斷故障的狀況：如熱點溫度、故障功率、嚴重程度、發展趨勢以及油中氣體的飽和水平和達到氣體繼電器報警所需的時間等；4）提出相應的處理措施：如能否繼續運行，繼續運行期間的技術安全措施和監視手段（如確定跟蹤周期等），或是否需要內部檢查修理等。 2.有無故障的判斷2.1注意值比較DLT722-2000變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則或GB/T7252-2001導則規定，對出廠和新投運的變壓器和電抗器要求為：出廠試驗前后的兩次分析結果，以及投運前后的兩次分析結果不應有明顯區別，氣體含量應符合表7-2的要求；運行中設備油中溶解氣

40、體的注意值，如表7-3和表7-4所示。這些規定是我們判定正常設備和懷疑有故障設備的主要法定標準。表7-2 導則對出廠和新投運設備油中溶解氣體濃度的要求 （單位：LL）氣體變壓器和電抗器互感器套管氫<10<50<150乙炔000總烴<20<10<10表7-3 導則推薦變壓器、電抗器和套管油中溶解氣體濃度的注意值 （單位：LL）設備氣體組分含量330KV以上220KV以下變壓器和電抗器總烴150150乙炔15氫150150一氧化碳*二氧化碳*套管甲烷100100乙炔12氫500500注：1、該表所列數值不適用于從氣體繼電器放氣嘴取出的氣樣。 2、330kV及以上

41、電抗器當出現痕量C2H2(小于1LL)時，也應引起注意，如油中氣體出現異常，但判斷不會危及繞組和鐵心安全時，可以超注意值較大的情況下運行。 *：對于CO和CO2的判斷，導則有專門論述。表7-4 導則推薦電流互感器和電壓互感器油中溶解氣體濃度的注意值（單位：LL）設 備氣體組分含 量設 備氣體組分含 量220KV以上110KV以下220KV以上110KV以下電 流互感器總 烴100100電 壓互感器總 烴100100乙 炔12乙 炔23氫150150氫1501502.2產氣速率比較2.2.1絕對產氣速率。即每運行日產生某種氣體的平均值，按下式計算： （7-1）a絕對產氣速率，mLd；Ci2第二次

42、取樣測得油中組分i氣體濃度，L/L；Ci1第一次取樣測得油中組分i氣體濃度，L/L；t二次取樣時間間隔中的實際運行時間，d；m設備總油量，t；表7-5 導則推薦變壓器和電抗器的絕對產氣速率的注意值 （單位：mLd）氣體組分開放式隔膜式氣體組分開放式隔膜式總 烴612一氧化碳50100乙 炔0.10.2二氧化碳100200氫510注：當產氣速率達到注意值時，應縮短檢測周期，進行追蹤分析2.2.2相對產氣速率即每運行月（或折算到月）某種氣體含量增加原有值的百分數的平均值。按下式計算： （7-2）r相對產氣速率，/月；Ci2第二次取樣測得油中組分i氣體含量，L/L；Ci1第一次取樣測得油中組分i氣體

43、含量，L/L；t二次取樣時間間隔內的實際運行時間，月。相對產氣速率也可以用來判斷充油電氣設備內部狀況，總烴的相對產氣速率大于10時應引起注意。對總烴起始含量很低的設備不宜采用此判據。2.3氣體繼電器中自由氣體的分析判斷在氣體繼電器中聚集有游離氣體時使用平衡判據。所有故障的產氣率均與故障的能量釋放緊密相關。對于能量較低、氣體釋放緩慢的故障（如低溫熱點或局部放電），所生成的氣體大部分溶解于油中，就整體而言，基本處于平衡狀態；對于能量較大（如鐵心過熱）造成故障氣體發展較快，當產氣速率大于溶解速率時可能形成氣泡。在氣泡上升的過程中，一部分氣體溶解于油中（并與已溶解于油中的氣體進行交換），改變了所生成氣

44、體的組分和含量。未溶解的氣體和油中被置換出來的氣體，最終進入繼電器而積累；對于有高能量的電弧性放電故障，迅速生成大量氣體，所形成的大量氣泡迅速上升并聚集在繼電器里，引起繼電器報警。這些氣體幾乎沒有機會與油中溶解氣體進行交換，因而遠沒有達到平衡。如果長時間留在繼電器中，某些組分，特別是電弧性故障產生的乙炔，很容易溶于油中，而改變繼電器里的自由氣體組分，以至導致錯誤的判斷結果。因此當氣體繼電器發出信號時，除應立即取氣體繼電器中的自由氣體進行色譜分析外，還應同時取油樣進行溶解氣體分析，并比較油中溶解氣體和繼電器中的自由氣體的濃度，用以判斷自由氣體與溶解氣體是否處于平衡狀態，進而可以判斷故障的持續時間

45、和氣泡上升的距離。比較方法：首先要把自由氣體中各組分的濃度值利用各組分的奧斯特瓦爾德系數ki計算出平衡狀況下油中溶解氣體的理論值，再與從油樣分析中得到的溶解氣體組分的濃度值進行比較。計算方法：Coiki×Cgi（7-3）式中：Coi油中溶解組分i濃度的理論值，LL； Cgi繼電器中自由氣體中組分的i濃度值，LL； ki組分i的奧斯特瓦爾德系數，見表2-13。判斷方法：（1）如果理論值和油中溶解氣體的實測值近似相等，可認為氣體是在平衡條件下放出來的。這里有兩種可能：一種是故障氣體各組分濃度均很低，說明設備是正常的。應搞清這些非故障氣體的來源及繼電器報警的原因。另一種是溶解氣體濃度略高于

46、理論值則說明設備存在產生氣體較緩慢的潛伏性故障。（2）如果氣體繼電器內的自由氣體濃度明顯超過油中溶解氣體濃度，說明釋放氣體較多，設備內部存在產生氣體較快的故障。應進一步計算氣體的增長率。（3）判斷故障類型的方法，原則上和油中溶解氣體相同，但是如上所述，應將自由氣體濃度換算為平衡狀況下的溶解氣體濃度，然后計算比值。2.4判斷有無故障正常運行下，充油電氣設備內部的絕緣油和有機絕緣材料，在熱和電的作用下，會逐漸老化和分解，產生少量的各種低分子烴類氣體及一氧化碳、二氧化碳等氣體。在熱和電故障的情況下也會產生這些氣體，這兩種氣體來源在技術上不能區分，在數值上也沒有嚴格的界限。而且依賴于負荷、溫度、油中的

47、含水量、油的保護系統和循環系統，以及與取樣和測試的許多可變因素有關。因此在判斷設備是否存在故障及其故障的嚴重程度時，要根據設備運行的歷史狀況和設備的結構特點以及外部環境等因素進行綜合判斷。有時設備內并不存在故障，而由于其他原因，在油中也會出現上述氣體，要注意這些可能引起誤判斷的氣體來源。在某些有些氣體可能情況下，不是設備故障造成的，例如油中含有水，可以與鐵作用生成氫氣過熱的鐵心層間油可膜裂解也生成氫。新的不銹部件中也可能在鋼加工過程中或焊接時吸附氫而又慢慢釋放到油中。特別是在溫度較高，油中溶解有氧時，設備中某些油漆（醇酸樹脂），在某些不銹鋼的催化下，甚至可能生成大量的氫。某些改型的聚酰亞胺型的

48、絕緣材料也可生成某些氣體而溶解于油中。油在陽光照射下也可以生成某些氣體。設備檢修時暴露在空氣中的油可吸收空氣中的CO2等。這時，如果不真空注油，油中CO2的含量則與周圍環境的空氣有關。此外，還應注意油冷卻系統附屬設備（如潛油泵）的故障產生的氣體也會進入到變壓器本體的油中。某些操作也可生成故障氣體，例如：有載調壓變壓器中切換開關油室的油向變壓器主油箱滲漏，或極性開關在某個位置動作時，懸浮電位放電的影響；設備曾經有過故障，而故障排除后絕緣油未經徹底脫氣，部分殘余氣體仍留在油中，或留在經油浸漬的固體絕緣中；設備油箱帶油補焊；原注入的油就含有某些氣體等。這些氣體的存在一般不影響設備的正常運行。但當利用

49、氣體分析結果確定設備內部是否存在故障及其嚴重程度時，要注意加以區分。3.故障類型判斷3.1特征氣體法根據油紙分解的基本原理和一些模擬試驗結果，提出了以油中氣體組分，即特征氣體為焦點的判斷設備故障的各種方法，簡稱為特征氣體法。表7-6 改進的特征氣體法故障類型序號故障性質特征氣體的特點熱性故障1過熱(低于500)總烴較高，CH4C2H4,C2H2占總烴的2%以下。2嚴重過熱（高于500）總烴高，C2H4CH4,C2H2占總烴的6%以下，H2一般占氫烴總量的27%以下。3過熱故障在電路和磁路的判斷方法1、一般總烴較高，有幾百L/L，乙炔在1L/L以下，占2%總烴以下，乙炔增加慢，總烴增加的快，C2

50、H4 /C2H6比值較小，絕大多數情況下該比值為6以下，一般故障在磁路。 CH4H2的比值一般接近1。2、一般總烴高，有幾百L/L甚至更多，乙炔一般>4L/L，接近2%總烴，乙炔和總烴增加都快，C2H4 /C2H6比值也較高，并且C2H4的產氣速率往往高于CH4的產氣速率。一般故障在電路或外圍附件（一般為潛油泵電路有問題）。 CH4H2的比值要大（一般大于 3）。電性故障4局部放電總烴不高，H2100L/L,并占氫烴總量的90%以上，CH4占總烴的75%以上。H2/ CH4的比值10甚至超過20，在跟蹤分析時，二者同比增加。5火花放電總烴不高，C2H210L/L ，并且C2H2一般占總烴

51、的25%以上，H2一般占氫烴總量的27%以上，C2H4占總烴的18%以下。6電弧放電總烴較高，C2H2/總烴為1030%，H2占氫烴總量的27%以上；乙炔/總烴超過50%，即使是電弧放電，但前湊肯定是火花放電。過熱兼放電故障7過熱兼電弧放電總烴較高，C2H2占總烴的6%18%，H2占氫烴總量的27%以下。3.2三比值法根據充油設備內油、絕緣紙在故障下裂解產生氣體組分含量的相對濃度與溫度的依賴關系，從5種特征氣體中選用兩種溶解度和擴散系數相近的氣體組分組成三對比值，以不同的編碼表示；根據表7-7的編碼規則和表7-8的故障類型判斷方法作為診斷故障性質的依據。這種方法消除了油的體積效應影響，是判斷充

52、油電氣設備故障類型的主要方法，并可以得出對故障狀態較為可靠的診斷，據資料統計判斷準確率可達97.1%。表7-7 DL/T722-2000（或GB/T7252-2001）的編碼規則特征氣體的比值比值范圍編碼說明<0.1010例如：=1-3時,編碼為1 =1-3時，編號為2 =1-3時，編號為10.1<11001<31213222表7-8 故障類型判斷方法編 碼 組 合故 障 類 型 判 斷故 障 事 例(參考)C2H2/C2H4CH4/C2H4C2H4/C2H6001低溫過熱(低于150)絕緣導線過熱，注意CO和CO2的含量，以及CO2/CO值20低溫過熱(150300)分接開

53、關接觸不良，引線夾件螺絲松動或接頭焊接不良，渦流引起銅過熱，鐵芯漏磁，局部短路，層間絕緣不良，鐵芯多點接地等1中溫過熱(300700)0，1，22高溫過熱(高于700)10局部放電高濕度，高含氣量引起油中低能量密度的局部放量*0，10，1，2低能放電引線對電位未固定的部件之間連續火花放電，分接抽頭引線和油隙閃絡，不同電位之間的油中火花放電或懸浮電位之間的火花放電等2低能放電兼過熱0，1電弧放電繞組匝間、層間短路，相間閃絡、分接頭引線間油隙閃絡、引線對箱殼放電、繞組熔斷、分接開關飛弧，因環路電流引起電弧、引線對其他接地體放電等2電弧放電兼過熱注 *“010”也可能是由進水對鐵腐蝕而產生高含量的氫

54、氣。這時有必要測定油中含水量。應用三比值法的三項原則（1）只有根據氣體各組分含量的注意值或氣體增長率的注意值有理由判斷設備可能存在故障時，氣體比值才是有效的，并應予計算。對氣體含量正常，且無增長趨勢的設備，比值沒有意義。（2）假如氣體的比值和以前的不同，可能有新的故障重疊在老故障或正常老化上。為了得到僅僅相應于新故障的氣體比值，要從最后一次的分析結果中減去上一次的分析數據，并重新計算比值（尤其是在CO和CO2含量較大的情況下）。在進行比較時要注意在相同的負荷和溫度等情況下并在相同的位置取樣。（3）由于溶解氣體分析本身存在的試驗誤差，導致氣體比值也存在某些不確定性。利用DL/T722-2000和GB/T7252-2001導則所述的方法分析油中溶解氣體結果的重復性和再現性。對氣體濃度高于10L/L的氣體，兩次的測試誤差不應大于平均值的10，而在計算氣體比值時，誤差將提高到20。當氣體濃度低于1OL/L時，誤差會更大，使比值的精確度迅速降低。因此在使用三比值法判斷設備故障性質時，應注意各種可能降低精確度的因素。尤其是對正常值普遍較低的電壓互感器、電流互感器和套管，更要注意這種情況。3.3回歸分析法許多故障，