变压器故障分析中气相色谱技术的运用

一、气相色谱法的原理

色谱法又叫层析法，它是一种物理分离技术。它的分离原理是使混合物中各组分在两相间进行分配，其中一相是不动的，叫做固定相，另一相则是推动混合物流过此固定相的流体，叫做活动相。当活动相中所含的混合物经过固定相时，就会与固定相发生相互作用。由于各组分在性质与结构上的不同，相互作用的大小强弱也有差异。因此在同一推动力作用下，不同组分在固定相中的滞留时间有长有短，从而按先后秩序从固定相中流出，这种借在两相分配原理而使混合物中各组分获得分离的技术，称为色谱分离技术或色谱法。当用液体作为活动相时，称为液相色谱，当用气体作为活动相时，称为气相色谱。

色谱法具有：(1)分离效能高、(2)分析速度快、(3)样品用量少、(4)灵敏度高、(5)适用范围广等很多化学分析法无可与之相比的优点。

气相色谱法的一般流程主要包括三部分：载气系统、色谱柱和检测器。

当载气携带着不同物质的混合样品通过色谱柱时，气相中的物质一部分就要溶解或吸附到固定相内，随着固定相中物质分子的增加，从固定相挥发到气相中的试样物质分子也逐渐增加，也就是说，试样中各物质分子在两相中进行分配，最后达到平衡。这种物质在两相之间发生的溶解和挥发的过程，称分配过程。分配达到平衡时，物质在两相中的浓度比称分配系数，也叫平衡常数，以K表示，K=物质在固定相中的浓度/物质在活动相中的浓度，在恒定的温度下，分配系数K是个常数。

由此可见，气相色谱的分离原理是利用不同物质在两相间具有不同的分配系数，当两相作相对运动时，试样的各组分就在两相中经反复多次地分配，使得原来分配系数只有微小差别的各组分产生很大的分离效果，从而将各组分分离开来。然后再进进检测器对各组分进行鉴定。

SP-3430气相色谱分析仪充分利用这一原理，能够快速、高效、正确地分析出变压器油中气体的组分及其含量，根据这些气体的组分类型及其含量，我们就可以正确地分析、判定变压器是否存在故障、故障的性质以及故障的大致部位。

二、变压器的故障产生的气体及故障类型

1变压器尽缘材料产生的气体组分

油和固体尽缘材料在电或热的作用下分解产生的各种气体中，对判定故障有价值的气体有甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、氢、一氧化碳、二氧化碳。正常运行的老化过程产生的气体主要是一氧化碳和二氧化碳。在油纸尽缘存在局部放电时，油裂解产生的气体主要是氢和甲烷。在故障温度高于正常运行温度未几时，产生的气体主要是甲烷。随着故障温度的升高，乙烯和乙烷逐渐成为主要特征。在温度高于1000℃时，例如在电弧弧道温度(3000℃以上)的作用下，油裂解产生和气体中含有较多的乙炔。假如故障涉及到固体尽缘材料时，会产生较多的一氧化碳和二氧化碳。

尽缘油和尽缘材料在不同温度和能量作用下主要产生的气体组分，回纳如下：

1)在140℃以下时有蒸发汽化和较缓慢的氧化。

2)尽缘油在140℃到500℃时油分解主要产生烷类气体，其中主要是甲烷和乙烷，随温度的升高(500℃以上)油分解急剧地增加，其中烯烃和氢增加较快，乙烯尤为明显，而温度(约800℃左右)更高时，还会产生乙炔气体。

3)油中存在电弧时(温度超过1000℃，使油裂解的气体大部分是乙炔和氢气，并有一定的甲烷和乙烯等。

4)设备在运行中，由于负荷变化所引起的热胀和冷缩，用泵循环油所引起的湍流，以及铁芯的磁滞伸缩效应所引起的机械振动等，都会导致形成空穴和油开释溶解气体。假如产生的气泡集在设备尽缘结构的高电压应力区域内，在较高电场下会引起气隙放电(一般称为局部放电)，而放电本身又能进一步引起油的分解和四周的固体尽缘材料的分解，而产生气体，这些气体在电应力作用下会更有利于放电产生气体。这种放电使油分解产生的气体主要是氢和少量甲烷气体。

5)固体尽缘材料，在较低温度(140℃以下)长期加热时，将逐渐地老化变质产生气体，其中主要是一氧化碳和二氧化碳，且后者是主要成分。

6)固体尽缘材料在高于200℃作用下，除产生碳的氧化物之外，还分解有氢、烃类气体，温度不同，一氧化碳和二氧化碳的比值有所不同，这一比值在低温时小而高温时大。

7)铁钢等金属材料起催化作用，水与铁反应产生氢气。此外，奥氏不锈钢材能蕴躲氢，与尽缘油接触开释出来溶解于油中。

下表为不同故障类型产生的气体组分：

有时设备内并不存在故障，而由于其他原因，在油中也会出现上述气体，要留意这些可能引起误判定的气体来源。例如：有载调压变压器中切换开关油室的油向变压器本体渗漏或某种范围开关动作时悬浮电位放电的影响：设备曾经有过故障，而故障排除后尽缘油未经彻底脱气，部分残余气体仍留在油中;设备油箱曾带油补焊;原注进的油就含有某几种气体等。还应留意油冷却系统附属设备(如潜油泵，油流继电器等)的故障产生的气体也会进进到变压器本体的油中。运行中设备内部油中气体含量超过下表所列数值时，应引起留意。