变压器油中气体快速检测分析技术

变压器油中气体快速检测分析技术

位自英

河南中分仪器股份有限公司河南商丘476000

摘要：传统的绝缘油气相色谱分析技术，人工操作环节较多，并不是真正的自动化，会造成试验数据的不稳定，影响对设备故障类型的判断，有必要研发一种自动化快速检测分析技术，能够实现直接注油、自动脱气、自动进样和色谱分析，可实现现场快速分析，屏蔽人为误差，具有极高的实用价值。

关键词：气相色谱；分析；检测；诊断

一、引言

油中溶解气体分析是目前判断油浸式电力变压器早期潜伏性故障最方便、最有效的方法之一，已成为判断充油电气设备内部故障和监视设备安全运行不可缺少的手段，采用气相色谱法能够对油中溶解的各种气体含量进行定量分析，得到了广泛应用。近年来，色谱分析仪检测技术研究应用发展迅速，应用快速检测技术，已成为新的发展趋势，目的在于实现对变压器油中溶解气体进行实时检测，随时掌握设备的运行状况。

传统的绝缘油气相色谱仪，在进行油中溶解气体分析时，进气、脱气、取气、进样、采集等试验环节都需要人工去操作，并且每个环节的操作对试验人员技术掌握熟练程度要求比较高，不同技术水平人员进行试验导致有较大的误差，造成试验数据的不稳定，进而影响对设备故障类型的判断，影响电力变压器的安全稳定运行。而且针对变压器突发故障，需要现场及时进行试验以判断是否投运，实验室色谱仪需要现场取油再拿回实验室试验，影响对变压器故障的及时判断。

变压器油中气体快速检测装置，利用虚拟仪器技术和网络远程控制技术，整合气相色谱技术、动态顶空脱气技术、色谱工作站网络化技术等设计理念，具有检测精度高、操作简单、快速分析的特点，可实现现场快速、自动化分析。整套系统设计无需人工操作，在变电站现场即可自动化完成整个流程分析，屏蔽了因操作员个体差异导致的人为数据误差，针对新投运设备、检修后设备的连续跟踪检测、设备突发性故障现场检测、检修人员及变电站运行人员现场巡检工作，具有极高的实用价值。

二、变压器油中气体色谱分析技术应用现状及发展趋势

我国气相色谱仪的市场应用很广泛，世界气相色谱仪竞争的重点区域就属中国市场，国外厂商纷纷进入中国市场，其知名品牌有赛默飞世尔、安捷伦科技、岛津、戴安等，中分仪器也逐渐突起，这些企业一方面活跃了中国气相色谱仪市场，另一方面为我国学习和自主研发气相色谱仪提供了契机，并且使我国气相色谱仪市场呈现出独特特征1。

气相色谱仪在石油加工、生物化学、化工、环保等方面应用很广，因此我国气相色谱仪生产商基本都是围绕行业的需求进行生产专业化的设备，近年来国内外仪器企业也不乏有技术突破的新产品推向市场，例如，安捷伦推出的AgilentIntuvo9000气相色谱系统彻底改变了用户执行气相色谱分析的方式，开辟了全面提高运行效率和业务成果的新途径。Intuvo秉承了安捷伦气相色谱的卓越性能和稳定性，并采用重要的关键创新技术，一举打破了现有的重重操作限制，简化了操作、降低了运行成本并延长了仪器的正常运行时间。河南中分仪器股份有限公司最新推出的全自动气相色谱仪，具有全球首创的多样品全自动变压器油色谱智能分析系统，该系统集样品处理和色谱分析为一体。采用智能机器人设计模式，通过视觉、位置、运动等多种传感器和全面的系统控制软件平台，来控制样品定位、样品信息识别、自动进样等工作，使其充分地完成复杂的分析工作。无需人工操作即可完成从脱气到进样的全自动分析流程，避免了人工操作导致的数据误差，大大提高了分析精度和工作效率。

随着气相色谱仪技术应用领域的不断拓展和新产品的开发，加之电子信息技术的普遍应用，使气相色谱仪朝向灵敏度更高、选择性更强、更加方便快捷的方向发展，具体来说有以下几方面的发展趋势。

1、智能化

智能化气相色谱仪是以数字化、智能化、网络化技术等为标志气相色谱技术，智能化的发展方向有效解决了传统气相色谱仪可靠性较差，功能单一，无法进行技术升级等问题，其技术攻关的难点就是如何把微处理器植入测试系统当中，可以实现气相色谱仪的人机对话功能，提供更好的操控使用界面，更有助于推动我国气相色谱仪的产业化能力，不断扩大我国气相色谱仪的市场占有率。

2、微型化

气相色谱仪使用程度越来越广，气相色谱仪的需求也越来越高，当前市场普遍要求气相色谱仪能现场作业、实时分析、及时提供有效精准的数据，因此对气相色谱的设计提出了微型化、便携式的设计要求，为满足需求，能用最短的时间开发出新产品投放市场从而达到集中优势、降低成本、专业化的气相色谱仪制造更加能促进企业的生存与发展需要。

3、数据处理自动化

气相色谱仪的电子设计自动化、计算机辅助测试、数字信号处理、实时数据分析等要求是一致的，需要达到快速分析、处理数据、有效传输、确保安全的目的。

三、油中溶解气体快速检测技术设计难点

仪器集快速脱气、多维色谱进样及反吹、低热容、快速分离等多种新技术为一体，具有直接注油、快速分析、检测精度高、操作简单等特点。

主要技术难点

1）顶空脱气技术

设计采用快速动态顶空脱气技术，是本系统脱气方式的重大创新，与常规的静态顶空脱气相比，脱气时间由原来的几十分钟缩短为几十秒。

2）模块化微型设计

柱箱、检测器均采用模块式独特微结构设计2，并采用低热容加热技术（LMT）。此技术是把色谱柱和检测器模块的加热器、温度传感器结合在一起，利用陶瓷绝缘的热丝进行直接加热，可使模块高效加热或冷却。

3）催化技术

CO和CO2在检测时需金属镍作催化剂且高温（380℃）下才能转化，而采用新型材料催化剂技术，即使低温状态下也可对它们进行高效转化，而且转化炉与FID可一体化设计，使气路死体积最小，避免了高温加热，使现场应用更安全方便。

4）样品交叉干扰

运用多维色谱工作原理设计，利用电子气体控制和程序控制的反吹功能，每次进样结束后使用载气自动对整个油路和气路冲洗，从根本上解决了油样间交叉干扰的问题，保证了试验的准确性。

采用最新虚拟仪器设计技术和微结构技术，应用经典的变压器油中溶解气体色谱分析原理，配以独特设计的微型热导、氢焰检测器。

四、快速检测技术应用效果

变压器是电力生产与输送的重要核心设备，其安全运行至关重要，一旦设备出现严重故障，将造成重大经济损失，并严重影响人民生活和工农业生产正常供电3。因此，及时发现变压器内潜伏性故障，可防止重大恶性事故的发生，保障电网的安全稳定运行。

变压器油中气体快速检测分析技术，采用智能化分析流程设计，可直接注油、自动脱气、自动进样和色谱分析，具有检测精度高、操作简单、快速分析的特点，工作人员只需简单培训，既可轻松操作。

特别是对于大容量变电站来说，本成果可作为巡检工具标配给运行人员，可大大缩短充油设备的油中气体的监测周期，在目前对供电可靠性要求越来越高的情况下，这种巡检工具式的检测技术，可在现场及时对运行设备的健康状况迅速做出准确判断，特别是对于一些潜伏性和故障快速发展的充油设备更具有现实意义，进一步保证了电网设备安全、提供供电可靠性4。

参考文献：

[1]张晓燕气相色谱仪的发展轨迹及趋势【J】.工业计量，2007，S1：156

[2]罗伟东便携式气相色谱仪的模块化设计【J】.分析仪器，2011，05：36

[3]王海坤气相色谱仪的改进及应用研究与发展【J】.化学通报，2011，01：265

[4]邵红燕浅谈气相色谱仪的应用与日常维护【J】.环境技术，2012，04：128