色谱仪及其在电力工业中的应用

对物质混合物进行色谱分离和分析的装置称为色谱仪…… 色谱仪由：进样系统、色谱柱、检测器、配准和恒温系统、接收分离组分的装置组成。色谱仪是液体和气体，具体取决于流动相的聚集状态。最常用的是展开色谱法。

色谱仪的工作原理如下。载气通过可变或恒速压力和流量调节器从气球连续送入色谱柱。该柱被放置在恒温器中并填充有吸附剂。温度保持恒定，最高可达 500 °C。

液体和气体样品用注射器注入。该色谱柱将多组分混合物分离成几种二元混合物，其中包括载体和一种被分析的组分。根据二元混合物的组分被吸附的程度，混合物以特定顺序进入检测器。根据检测结果，记录输出成分的浓度变化。检测器中发生的过程被转换成电信号，然后以色谱图的形式记录下来。

在过去的十年中，它在电力行业中得到了普遍应用。变压器油的色谱分析，在变压器的诊断中显示出良好的结果，有助于识别溶解在油中的气体并确定变压器中是否存在缺陷。

电工只是拿了个样品 变压器油, 将其交付给实验室，化学服务的员工在那里进行色谱分析，然后根据获得的结果得出正确的结论，并决定是否进一步使用变压器，或者是否需要维修或更换。

根据变压器油脱气的方法，有几种取样方法。接下来，让我们看看两种最流行的方法。

如果通过真空进行脱气，则将样品放入密封的 5 或 10 毫升玻璃注射器中。注射器的松紧度检查方法如下：将柱塞拉到底，将针头插入塞子中，推动柱塞，使其到达注射器的中部，然后将塞子浸入针头中，连同柱塞半压在水下的注射器。如果没有气泡，则注射器是紧的。

变压器有一根用于油样取样的支管。清洗支管，放掉其中一定量的积油，用油冲洗注射器和抽油器，然后取样。采样操作按以下顺序执行。带塞子7的三通5通过管2连接到支管1，管3连接到水龙头4。

打开变压器阀门，然后打开水龙头 4，通过它排出最多 2 升的变压器油，然后关闭。注射器6的针头穿过三通5的塞子7插入并且注射器充满油。稍微打开阀门 4，从注射器中挤出油——这是在清洗注射器，此过程重复 2 次。然后在注射器中取出油样，将其从塞子中取出，然后将其插入准备好的塞子中。

关闭变压器阀门，拆下抽油系统。注射器上标有日期、取样员工姓名、地点名称、变压器标记、取油地点（储油槽、进油口），之后将注射器放入一个特殊的容器，它被送到实验室。通常，标记以缩写形式完成，解码记录在日志中。

如果计划对溶解的气体进行部分分离，则在特殊的油收集器中采集样品。精度会更高，但需要的油量更大，最多可达 3 升。活塞 1 最初沉入底部，装有温度传感器 3 的气泡 2 在阀门 4 关闭的情况下被拧入孔 5，同时阀门 6 关闭。塞子 8 封闭油底壳下部的孔 7。样品取自喷嘴 9，用连接到变压器托盘的塞子封闭。排出 2 升油。

一根带有活接螺母 10 的管子连接到支管上。带螺母的活接头朝上，这样可以让油一点一点地排出，每秒不超过 1 毫升。气泡 2 出来，杆 11 通过开口 7 压在活塞 1 上，使活塞上升。转动集油器，将螺母10旋入孔5，直至油停止流动。

油分离器以每分钟半升的速度充满变压器油。当活塞1的手柄12出现在孔7中时，将塞子8安装到位，在孔7处。切断供油，不断开软管，翻转集油器，将接头10断开，确保油到达喷嘴 5，气泡 2 拧到位，必须关闭阀门 4。集油器送实验室进行色谱分析。

样品在分析前储存不超过一天。实验室分析允许获得显示溶解气体含量与标准偏差的结果，电工服务决定变压器的未来命运。

色谱分析可让您确定溶解油中的含量：二氧化碳、氢气、一氧化碳，以及甲烷、乙烷、乙炔和乙烯、氮气和氧气。最常分析的是乙烯、乙炔和二氧化碳的存在。分析的气体量越少，检测到的早期故障的种类就越少。

目前，由于色谱分析，可以识别两组变压器故障：

• 绝缘缺陷（纸油绝缘放电、固体绝缘过热）；

• 带电部件的缺陷（金属过热、漏油）。

第一组缺陷伴随着一氧化碳和二氧化碳的释放。二氧化碳的浓度作为敞口式变压器和变压器油氮气保护条件的判断标准。临界浓度值已经确定，可以评估第一组的危险缺陷；有专门的桌子。

第二组缺陷的特征是在油中形成乙炔和乙烯，并伴有氢气和甲烷。

第一组缺陷与绕组绝缘损坏有关，代表着最大的危险。即使对缺陷部位有轻微的机械作用，也可能已经形成电弧。这种变压器主要需要修理。

但二氧化碳也可能由于与线圈故障无关的其他原因而产生，例如，原因可能是油老化或与冷却系统故障相关的频繁过载和过热。错误地将二氧化碳而不是氮气送入冷却系统，因此在得出任何结论之前考虑化学分析和电气测试数据非常重要。您可以比较在类似条件下运行的类似变压器的色谱分析数据。

在诊断过程中，绝缘体的位置将呈深棕色，并且在整个绝缘体的一般背景中清晰可见。绝缘体上可能有分支枝条形式的泄漏痕迹。

靠近固体绝缘的带电连接故障是最危险的。二氧化碳浓度的增加表明固体绝缘受到影响，在比较类似变压器的分析数据时更是如此。测量绕组的电阻，确定故障。具有这些缺陷的变压器，以及具有第一组缺陷的变压器，必须首先进行修理。

如果乙炔和乙烯的二氧化碳浓度超过正常浓度，则会导致磁路或部分结构过热。这样的变压器需要在未来六个月内进行大修。重要的是要考虑其他原因，例如与冷却系统故障有关的原因。

在对第二组已确定损坏的变压器进行维修工作时，他们在损坏部位发现了固体和粘稠的油分解产物，它们呈黑色。当变压器在维修后重新启动时，在维修后的第一个月内进行快速分析，很可能会显示之前检测到的气体的存在，但它们的浓度会低得多；二氧化碳浓度不会增加。如果浓度开始增加，缺陷仍然存在。

油膜保护变压器和其他经分析不能确定疑似固体绝缘损坏的变压器，应进行高级溶解气相色谱分析。

伴随着频繁放电的固体绝缘损坏是最危险的损坏类型。如果有两个或两个以上的气体浓度比表明，变压器的进一步运行是有风险的，只有在制造商允许的情况下才允许，并且该缺陷不得影响固体绝缘。

色谱分析每两周重复一次，如果在三个月内溶解气体浓度的比率没有变化，那么刚性绝缘不会受到影响。

气体浓度的变化率也指示缺陷。随着频繁排放到油中，乙炔的浓度每月增加 0.004-0.01% 或更多，并且每月增加 0.02-0.03% - 频繁排放到固体绝缘中。过热时，乙炔和甲烷浓度的增加速度会降低，在这种情况下，需要对油进行脱气，然后每六个月分析一次。

按照规定，变压器油的色谱分析必须每六个月进行一次，750kV变压器必须在投运后两周进行分析。

用于化学色谱分析的变压器油的实验室测试

通过色谱分析对变压器油进行有效诊断，如今可以减少许多电力系统中昂贵的变压器维护工作量。不再需要断开网络来测量绝缘特性，只需对变压器油进行取样即可。

因此，当今变压器油的色谱分析是在其出现的最早阶段监测变压器缺陷不可或缺的方法，它可以让您确定缺陷的预期性质及其发展程度。评估变压器的状况通过溶解在油中的气体浓度及其增加率，将它们与极限值进行比较。对于电压为 100 kV 及以上的变压器，必须至少每六个月进行一次此类分析。

色谱分析方法可以评估绝缘体的劣化程度、载流部件的过热程度以及油中是否存在放电。根据变压器绝缘预期击穿的程度，根据一系列分析后获得的数据，可以评估是否需要将变压器停运并送修。发现缺陷越早，意外损坏的风险就越小，维修工作量也就越小。