摘要：变压器是电力系统中最重要的设备之一。变压器油溶解产生气体成分、含量和产气率，可以反映变压器绝缘老化或故障程度，已经成为电力部门应用相对成熟、有效、广泛的方法之一。但是实验室色谱检测手段存在一定的局限性，一是检测周期较长，二是对需要跟踪分析其发展状况和产气增长速率的大型变压器不能连续监测，难以捕捉两次色谱分析之间发生的故障，对发展较快的故障不能充分掌握其发展，且实验室气相色谱检测结果分散性较大。因此引入了变压器油色谱在线技术。本文主要阐述了色谱在线监测装置分类及原理，并简要分析了色谱在线监测装置的应用，希望能够给有关人士提供一些参考内容，以促进变压器的正常运行。
关键词：变压器；油色谱；在线监测装置；应用
1色谱在线监测装置分类
目前，国内外现有的变压器油中溶解气体在线监测装置按测试对象的不同可以分为两类：一类是：检测单组分氢气和可燃气体含量。一般使用渗透膜进行油气分离，气皿元件做传感器，该装置只能作为故障的初期警报，不是真正意义上的色谱在线。优点是脱气方式简单，对氢气平衡快，对烃类气体平衡慢。缺点是油气分离平衡周期长，需十几到几十个小时，渗透膜一般安装在油路不循环的死油区，容易造成故障监测滞后。二类是：检测多组份含量在线色谱。可以测量4—7种组份的含量，一般采用动态顶空脱气法或用空气做载气的中空纤维膜渗透法等。其特点是流程简单，时间短，脱气率高，可实现多组分的精确定量，灵敏度高，能达到接近实验室色谱的灵敏度和准确度。
2色谱在线监测装置的原理
一般情况下，油浸变压器内的油纸绝缘材料在热和电的作用下会逐渐老化和分解，产生少量的各种低分子烃类及二氧化碳和一氧化碳等气体，图1是绝缘油故障特征气体产生机理。若存在潜伏性过热和放电故障时，不同气体会随着故障的严重程度产生的量不同，它们大部分溶于油中。色谱在线装置就是通过检测油样中故障气体含量及产气速率来判断变压器是否存在故障。国内大部分油色谱在线监测装置主要由五大部分组成：油气分离、组份分离、气体检测、数据处理及传输、专家诊断。装置先从变压器中提取油样，然后通过某种脱气方式进行油气分离，将脱出的气体通过色谱柱再进行组分分离，分离后的气体一次被气体检测器检测出，再进行数据处理转换成气体含量，最后通过专家诊断判断变压器是否出现故障。其中，油气分离和组分分离部分是色谱装置的核心所在。
2.1油分离技术
脱气的好坏直接影响到对变压器内特征气体检测的有效性。变压器油色谱在线监测系统的油气分离装置要求能够自动、高效地分离出溶解在变压器油中的微量故障气体，而且要求寿命长、无污染且不消耗变压器油。目前主要的脱气方法分为薄膜渗透法、动态顶空脱气法和真空脱气法，实验室主要应用振荡脱气法，而在线监测设备主要应用后几种方式。
图1 绝缘油故障特征气体产生机理
2.1.1薄膜渗透法
利用一些合成材料薄膜的透气性，使油中气体通过此膜透析到气体室里，当渗透时间足够长，气室中的浓度就会达到平衡，通过检测气室中的气体组分浓度，就可以根据平衡方程计算出油中所含气体浓度。这种薄膜容易老化，而且达到平衡的时间较长，一般需24h以上，不能满足实际需要。
2.1.2真空脱气法
在恒温状态下，将油气分离装置抽为真空，然后将油样导入脱气装置，在气泵作用下对油样进行鼓泡，待油中气体浓度与气相浓度达到平衡时，停止鼓泡。该方法的优点是脱气率高、重复性好，不消耗，不污染变压器油，油气分离速度较快，可以实现连续脱气，对不同浓度变压器油真空鼓泡所得浓度相对偏差及与机械振荡所得浓度的相对误差均在10%以内。宁波理工的油色谱在线监测装置使用了这种技术，能够在20分钟内完成一次高效脱气过程。
2.1.3动态顶空脱气法
动态顶空脱气法的原理是油样进入脱气模块后，把载气通入油中，在持续的气流吹扫下，样品中的组分随载气逸出，并通过一个装有吸附剂的捕集装置进行浓缩，在一定吹扫时间之后，样品中的组分全部或定量进入捕集器，由切换阀将捕集器中的组分迅速切换到色谱柱中进行分离。这种分离技术具有脱气速度快(一般仅需15～30分钟)、效率高、重复性好等优点，但油样与气样之间没有隔离，脱出的气样中会含有少量的油蒸汽，从而造成对色谱柱的污染，降低色谱柱的使用寿命。
2.2组分分离技术
组分分离是一种高效的物理分离技术，即色谱法，是利用样品中各组分在流动相和固定相中分配系数不同而进行分离的。组分分离由色谱柱来完成，固定相装在色谱柱中，流动相是能够使油气分离出来的气体进入色谱柱的载气，当两相作相对运动时，气体各组分在两相间进行反复多次分配，分配系数小的组分先流出色谱柱，分配系数大的后流出色谱柱，这样当流经一定柱长后各组分得到分离，通过传感器检测出各组分气体含量。色谱柱组分分离的好坏则影响到各种特征气体含量测量的准确度。
3色谱在线监测装置的应用
3.1安装简便
在线监测装置安装只需预先做一个地基将仪器放置上面，再通上电源，预留下油路管道即可。一台仪器的安装与调试只需半天就可完成，耗时较短，且变压器无需停电。
3.2油路连接
将变压器的放油阀更换成由阀体和截止阀组成的取样阀，安装好之后既可以通过截止阀给色谱在线提供油样，又可以通过前部的放油口的位置进行全密封取样，以供给实验室进行其它项目的分析。从变压器底部采样，中部回油，且每次运行前进行一次油路循环，避免对死油进行分析而造成分析的误差及故障监测的滞后
4结语
总而言之，变压器油色谱在线监测装置已经广泛投入使用，以实时监测变压器的运行情况，但实际应用情况并不那么理想，还存在很多装置准确性和装置故障影响正常生产的众多问题。在以后，还需要有关人员对相关方面的内容进行深探讨和研究。
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作者简介
皇剑（1988.01），男，云南玉溪人.单位：云南电网有限责任公司玉溪供电局，研究方向：电力设备化学试验方向。
论文作者:皇剑,冯程
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/9
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