便携式色谱仪分析油中溶解气体的现场应用

王 胜，鲁建国，张建浩

（绍兴电力局，浙江 绍兴 312000）

0 引言

采用气相色谱分析法对油中溶解气体进行分析，可以尽早发现充油设备的潜伏性故障，通过跟踪检测还能掌握潜伏故障的发展趋势及危害程度，是监督与保障设备安全运行的重要手段。但是，常规的气相色谱分析方法一般要在实验室进行，分析过程比较复杂，还存在取样、送样等中间环节，分析时间过长，当取样点离实验室较远时，其劣势更为明显。

随着国民经济的快速增长，对电能质量要求不断提高，设备允许停电时间大大缩短，用常规色谱分析手段更是显得力不从心。为此，绍兴电力局在生产中引入了便携式色谱仪，实际应用表明效果比较明显。

1 便携式色谱仪的类型

1.1 基于色谱分析原理的便携式色谱仪

该类便携式色谱仪采用经典的油中溶解气体色谱分析原理，配有载气系统、色谱柱、微型热导、氢焰监测器和微型转化炉，实现了小型化、集约化，体积小，重量轻，方便携带。油样分析过程与实验室分析类似，先对油样振荡脱气，脱出气样后用外接载气携带至色谱柱实现组分分离，最后在检测器中完成分析。该类色谱仪的典型产品有河南中分2000型色谱仪等。

1.2 基于光声光谱技术的便携式色谱仪

光声光谱是基于光声效应的一种光谱技术[1]，其测量原理如图l所示。光线经调制、滤光以后进入气体样品池。其上开孔并以恒定速率转动的调制盘将光源调制为闪烁的交变信号。由一组滤光片实现分光，每个滤光片允许透过1个窄带光谱，其中心频率分别与预选的气体特征吸收频率相对应。经调制后的各气体特征频率处的光线以调制频率反复激发样品池中相应的气体分子，引起气体局部加热，从而在气池中产生压力波（声波），使用麦克风可以检测该压力的变化。根据气体体积分数与声波强度的定量关系，就可以准确计量气池中各气体的体积分数。

图1 光声光谱测量原理

仪器采用动态顶空平衡方式实现油样脱气[2]，工作原理如图2所示。按常规用注射器采集油样，然后将油样直接注入仪器顶空气分析器的样品瓶。随后对油样进行电磁搅动使其中的溶解气体不断释放，同时使释出的气体在气路内循环，一旦气液相浓度达到平衡状态，仪器内的光声光谱测量模块即对气样进行分析，系统不需外接载气。该类仪器的代表为英国Kleman公司生产的系列产品。

图2 样品脱气工作原理

2 中分2000型便携式色谱仪应用实例

2．1 系统组成及主要技术指标

该便携式色谱仪采用气体色谱分析原理，其分析流程如图3所示。系统主要包括色谱分析主机及工作站、便携式振荡仪、便携式气源箱（载气及标气）等部件。

图3 中分2000便携式色谱仪分析流程

便携式色谱仪的主要技术指标如下：

（1）分析组分： 能检测 H2，CH4，C2H6，C2H4，C2H2，CO，CO2共 7种组分。

（2）分析周期小于 8 min。

（3）最小检测浓度：烃类为 0.1 μL/L，H2为2 μL/L，CO 为 5 μL/L，CO2为 10 μL/L。

2．2 实际应用情况

中分2000便携色谱仪包括了实验室试验的所有部件，且通过集成达到了小型化的要求，便于携带，连接、操作简单方便，分析过程与实验室相同。便携式色谱仪的最大优点是在检修现场就能进行分析，避免了送样环节，大大缩短了得出结果的时间。但分析数据是否能作为判断依据？为此在实验室对该色谱仪与实验室色谱仪进行了比较试验。表1为2种方式的对比试验数据。

从表中对比数据看出，该便携式色谱仪与实验室仪器的分析结果有很好的可比性和一致性。经多次试验，该仪器的稳定性和试验重复性表现也较好，以下2次生产现场应用实例也充分说明了这一点。

（1）2009年5月，某110 kV变电所集中检修，检修采用变电所全停方式，要求当天完成所有检修任务，主变压器当天复役。油样分析的主要任务是完成1号主变压器110 kV 3支套管的油样检测。工作从上午9时开始，取样后在现场进行色谱分析，2 h后完成整个试验过程。从分析结果看，便携式色谱仪的检测结果是可信的。表2为便携式色谱仪现场试验结果与同一样品在实验室随后进行的试验结果的比较。

表1 便携式色谱仪与实验室对比试验数据 μL/L

表2 1号主变压器110 kV套管便携式色谱仪试验数据与实验室数据比较 μL/L

表3 1号主变压器便携式色谱仪试验数据与实验室历史数据比较 μL/L

现场试验表明，与常规试验相比，色谱分析所花的时间大大缩短，为检修人员赢取了更多设备检修时间。但在试验中也发现了不足之处：由于仪器所配振荡仪每次只能振荡2只油样，若要完成3只油样就需振荡2次，延长了试验时间，因此有待厂家改进。

（2）某110 kV主变压器发生故障停运，相关人员用便携色谱仪在现场进行试验分析，得出试验结果后与该主变压器历史数据进行比较，认定主设备无问题。因其他专业找到了故障原因，经现场各方专家综合分析后，决定避开故障点，对主变压器复役。由于故障分析过程中等待色谱分析结果的时间大大缩短，从而也缩短了主变压器停役时间。表3为该主变压器现场分析结果与留存实验室的历史数据的比较。

3 结语

实际应用表明，性能良好的便携式色谱仪的试验精度可以达到实验室试验精度要求，同时由于其体积小、重量轻、便于携带，实现了现场就地检测分析功能，弥补了试验室色谱分析的不足。在目前对供电可靠性要求越来越高的情况下，应充分推广和应用这种检测新技术，在现场对运行设备的健康状况迅速作出准确判断，以保证电网设备安全、提高供电可靠性。

便携色谱分析技术还处在不断发展和成熟的过程，仪器配置成本较高，因此在选型时应充分考虑其稳定性、检测能力以及试验数据是否与实验室数据有可比性等方面，使便携式色谱仪能真正为生产服务。

[1]刘先勇，周方洁，胡劲松，等.光声光谱在油中气体分析中的应用前景[J].变压器，2004，41（7）:30-33.

[2]刘成刚，许维宗.绝缘油溶解气体及微水分析中的便携式光声光谱仪[J].华中电力，2005，18（6）:49-51.