油中溶解气体色谱分析基础知识

实践证明，用一般的绝缘试验项目对电力变压器进行试验，对检出绝缘存在的缺陷，保证安全运行起了很大的作用。但这些试验尚存在一定的局限性，特别是对变压器的某些潜伏性故障，如局部过热、放电等，不能及时检出。因此，有的变压器虽然一般的绝缘试验合格，但在运行中仍有发生事故的情况，为此，需要有一个能诊断变压器潜伏性故障的方法，对于油浸式电力变压器，绝缘油中溶解气体的色谱分析就是检验这种故障的较有效的方法。

油中溶解气体色谱分析法是对运行中的变压器油样进行油中溶解气体成分及含量的分析，根据不同的成分及含量可以判断变压器存在的潜伏性故障及性质。因为油浸式电力变压器的内部故障，大体上有局部过热或局部放电两种类型。这两种故障都会引起故障点周围的绝缘油和固体绝缘材料发生分解而产生气体，这些气体大部分溶解到油中。因为不同性质的故障产生的气体性质不同，而同一性质的故障，由于故障的严重程度不同，产生的气体数量也不相等，所以采用色谱分析的方法把油中溶解气体的成分及其含量分析出来，便可判别变压器内部潜伏性故障的性质和严重程度。

（一）油浸电力变压器不同故障产生的气体成分

1.过热性故障

变压器局部过热性故障包括裸金属过热和固体绝缘过热两种。

裸金属过热时使周围的油受热分解，产生的气体主要是氢（H2）和烃类，如甲烷（CH2）、乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4）、丙烯（C3H6）、丙烷（C3H8）等，但没有乙炔（C2H2）或含量甚少，另外一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2）的含量也较低，与正常的变压器相近。发生这类故障的原因，大部分是因为分接开关接触不良、引线和分接开关的连接处焊接不良、铁芯多点接地等。

固体绝缘过热故障时，绝缘纸、纸板、木材等固体绝缘材料受热分解，产生的气体主要是一氧化碳和二氧化碳。这类故障的原因大多是变压器长期过负荷，使绕组的固体绝缘大面积过热，或在过热的裸金属周围的固体绝缘过热等所引起的。

2.局部放电故障

变压器发生的局部放电故障主要是电离的过程，而温度效应占次要地位。绝缘材料在电离作用下产生裂解，这时主要产生氢气、甲烷和一氧化碳，但没有乙炔。

3.电弧性故障

变压器内部发生油中电弧时，产生局部高温使油分解出大量的氢气和乙炔，同时，甲烷、乙烯、乙烷的含量也较高。另外，当油中电弧涉及固体绝缘时，除了生成大量的氢气和乙炔外，还有相当数量的一氧化碳。

4.固体绝缘老化故障

使用年限较长的变压器，其绝缘逐渐老化，在正常运行条件下，一氧化碳、二氧化碳的含量也因此增高，但其他可燃性气体的含量均正常。

5.变压器进水故障(www.xing528.com)

变压器油进水时，水与铁质起反应，产生氢气，油中溶解的微量水分在强电场作用下也分解出氢气，因此，氢气含量增高而其他可燃性气体含量很少。

总之，放电性故障和过热性故障的主要区别，是在于放电性故障分解的气体组分中乙炔的含量占主要成分，而单纯的过热性故障则无乙炔。如果过热性故障中又有放电性故障，如分接开关接触不良放电、铁芯多点接地放电等，则分解的气体组分中氢及烃类含量较大而乙炔含量较少。

（二）试验方法简介

1.试验仪器及原理简介

绝缘油的色谱分析主要采用气相色谱分析专用仪器，目前较常使用的是SP—5A型气相色谱仪，它是一种专供变压器油作色谱分析的简易色谱仪。

气相色谱法的基本原理是一种物理的分离分析法，它利用不同的物质在色谱柱中的不同分配系数及在柱内产生不同的有效移动速率，最后使各种组分的气体得以分离出来。被分离的各组气体的含量用鉴定器转换为电信号，经过放大后，由自由电子电位差计进行记录，然后根据电信号出现的时间和大小便可以进行定性和定量的分析，所以色谱仪中的核心部分就是色谱柱和鉴定器，前者担负分离，后者担负电信号的转换工作。

2.色谱图

被分析的各种气体组分经过鉴定器将其浓度变为电信号，再由记录仪记录下来，并按先后次序排列成一个个的脉冲尖峰图，即“色谱图”。图3-41为一台变压器油中溶解气体的色谱图。

图3-41　色谱图举例

色谱图中一个脉冲峰表示一种气体组分，而峰的高度或面积则反应了该气体的浓度。所以从色谱图上对被分析的气体既可定性又可定量。首先是定性，色谱图有这样一个性质：即从进样时开始算起，代表各组分的色谱峰的最高点出现的时间tr是一定的，就是说，在色谱柱、温度、载气流速一定时，各种气体都有一个确定的tr值，叫做“保留时间”。事先用已知的气体作为样品进入色谱仪，求得各种气体的tr值。在以后重复的例行试验中，只要根据色谱图上各峰的先后次序和出峰的时间，就可断定哪个峰是什么气体。色谱峰的高度（h）或面积（A＝1.065h×b/2，其中b/2为半峰宽）表示了某种气体的浓度。一般用“外标法”来核，即以已知浓度的标准气体样品注入色谱仪，并根据它出峰的高度（或面积）按比例或由此得出的浓度与峰高（或面积）的关系曲线，求得该气体的确实的浓度。一般峰形尖窄时，力求用峰高来计算定量，但若峰形展得较宽，就要用面积来计算定量。

（三）分析判断标准

具体标准可参见本章第一节的有关内容。