4706.特高压换流变绝缘油色谱分析研究及应用

特高压换流变绝缘油色谱分析研究及应用

摘要：变压器绝缘状况的优劣是电力系统安全运行的关键因素之一。特别是超高压换流变，为确保其可靠安全运行，在投运前就对绝缘油有严格标准，本文针对实际工作中色谱分析操作和问题进行研究，并对在线监测系统的原理和系统进行介绍。

关键词: 枫泾±500kV换流变 绝缘油 油中溶解气体分析 在线监测装置

1、引言

变压器是电力系统主要设备之一，保证变压器安全可靠运行，对提高电力系统的供电可靠性具有十分重要的意义。通过变压器绝缘油溶解气体含量分析，可以准确得知变压器绝缘水平，通过各个组分含量比值，能迅速查处故障点，为排除变压器故障提供有力技术保障。华东送变电工程公司承接的枫泾±500kV换流站工程，有高低端换流变共12台，为确保安全可靠投入运行，我电气试验中心油化室对换流变绝缘油处理过程进行检测，高标准严要求，及早发现问题消除安全隐患，时效性上取得良好效果。

2、色谱分析基本原理及设备

2.1绝缘油的分解

绝缘油是由许多不同分子量的碳氢化合物分子组成的混合物,分子中含有CH3、CH2和CH化学基团并由C-C键键合在一起。由于电或热故障的结果可以使某些C-H键和C-C键断裂,伴随生成少量活泼的氢原子和不稳定的碳氢化合物的自由基如: CH3*、CH2* CH*,或C*(其中包括许多更复杂的形式)这些氢原子或自由基通过复杂的化学反应迅速重新化合,形成氢气和低分子烃类气体,如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等,也可能生成碳的固体颗粒及碳氢化合物(X-蜡)。故障初期,所形成的气体溶解于油中；当故障能量较大时，也可能聚集成自由气体。碳的固体颗粒及碳氢化合物可沉积在设备的内部。 2.2基本原理及设备

气相色谱仪由以下五大系统组成：气路系统、进样系统、分离系统、温控系统、检测记录系统。利用物质的沸点、极性及吸附性质的差异来实现混合物的分离，其过程如图1流程图所示。待分析样品在汽化室汽化后被惰性气体（即载气，也叫流动相，我们一般用氮气，含气量色谱则用氩气）带入色谱柱，柱内含有液体或固体流动相，由于样品中各组分的沸点、极性或吸附性能不同，每种组分都倾向于在流动相和固定相之间形成分配或吸附平衡。但由于载气是流动的，这种平衡实际上很难建立起来。也正是由于载气的流动，使样品组分在运动中进行反复多次的分配或吸附/解吸附，结果是在载气中浓度大的组分先流出色谱柱，而在固定相中分配浓度大的组分后流出。当组分流出色谱柱后，立即进入检测器。检测器能够将样品组分的与否转变为电信号，而电信号的大小与被测组分的量或浓度成正比。当将这些信号放大并记录下来时，就是气相色谱图。

图1气相色谱流程图

2.3设备故障分解气体类型

在变压器里，当产气速率大于溶解速率时，会有一部分气体进入气体继电器或储油柜中。当变压器气体继电器内出现气体时，分析其中的气体，同样有助于对设备的状况做出判断。纸、层压纸板或木块等固体绝缘材料分子内含有大量的无水右旋糖环和弱的C-O键及葡萄糖甙键，它们的热稳定性比油中的碳氢键要弱，并能在较低的温度下重新化合。聚合物裂解的有效温度高于105℃，完全裂解和碳化高于300℃，在生成水的同时生成大量的CO和CO2以及少量烃类气体和呋喃化合物，同时油被氧化。CO和CO2的形成不仅随温度而且随油中氧的含量和纸的湿度增加而增加。

表１不同故障类型产生的主要特征气体和次要特征气体

故障类型 油过热 油和纸过热 油纸绝缘中局部放电 油中火花放电 油中电弧 油和纸中电弧 H2, C2H2 H2, C2H2 H2, C2H2,CO,CO2 C2H4,C2H4, C2H6 C2H4,C2H4, C2H6 主要气体组分 CH4,C2H4 CH4,C2H4,CO,CO2 H2, CH4, CO 次要气体组分 H2, C2H6 H2, C2H6 C2H2,C2H6,CO2 注：进水受潮或油中气泡可能使氢含量升高 另外，我们在现场实际工作中得出经验，某些操作也可以生成故障气体，例如：有载调压变压器中切换开关油室的油向变压器主油箱渗漏，或极性开关在某个位置动作时，悬浮电位放电的影响；设备曾经有过故障，而故障排除后绝缘油未经彻底脱气，部分残余气体仍留在油中，或留在经油浸渍的固体绝缘中；设备油箱带油补焊；原注入的油就含有某些气体等。这些气体的存在一般不影响设备

的正常运行。但当利用气体分析结果确定内部是否存在故障及其严重程度时，要注意加以区分。 3、取样方法 3.1取油样的容器

应使用经密封检查试验合格的玻璃注射器取油样。当注射器充有油样时,芯子能按油体积随温度的变化自由滑动,使内外压力平衡。 3.2取油样的方法

从设备中取油样的全过程应在全密封的状态下进行,进样不得与空气接触。 我们在实际工作中对电力变压器及电抗器可在运行中取油样。对需要设备停电取样时,应在停运后尽快取样。对于可能产生负压的密封设备,禁止在负压下取样,以防止负压进气。

设备的取样阀门上配上带有小嘴的连接器,在小嘴上接软管。取样前应排除取样管路中及取样阀门内的空气和”死油”（色谱取油一般放出1-2L）。所用的胶管应尽可能的短,同时用设备本体的油冲管路(少油量设备可不进行此步骤)。取油样时油流平缓。

用注射器取样时,最好在注射器和软管之间接一小型金属三通阀,按下述步骤取样：将”死油”经三通阀排掉；转动三通阀使少量油进入注射器；转动三通阀并推动注射器芯子，排除注射器内的空气和油；转动三通阀使油样在静压力作用下自动进入注射器（不应拉注射器芯子，以免吸入空气或对油样脱气）。当取到足够的油样时，关闭三通阀和取样阀，取下注射器，用小胶头封闭注射器（尽量排尽小胶头内的空气）。整个操作过程应特别注意保持注射器芯子的干净，以免卡涩。

4 气体分析步骤

4.1 进样

通常使用注射器进样。应该选择气密性好并经校准的注射器，以保证良好的

进样体积的准确性。对怀疑有故障的设备，至少应两次进样，取其平均值。 4.2 仪器的标定

用外标发对各组分进行定性和定量分析。用测量每个组分的保留时间对各组分定性。用测量其色谱锋面积或峰高进行定量。 影性，应

Cis?Vis为保证测试结果的准确?106响色谱仪灵敏度的因素很多，

Vd?Vis在仪器稳定的情况下，在分析的当天，用外标气样进

行两次标定，取其平均值。两次标定的误差应符合重复性和再现性的要求。 外标气样标准：

a)有国家计量部门认证的单位专门配制并经准确标定的混合气样。 b)对各测定组分有适当浓度（标准气样的参考浓度范围见附录D（提示的附录））。

c)在有效期内使用。

自配标准气：是指用已知浓度的“纯”气样自行配制的“标准”气样。一般用于对氢气的标定。自配标准气样可以用特制的大容量气瓶或100mL玻璃注射器。以载气为底气，注入定量的“纯”气，混合均匀后即可使用。配气用的所有容器及注射器的真实容积都必须用蒸馏水称重法精确校准。

配好的气样一般不宜在配气容器中长时间储存，以免因气体逸散而影响标定的准确性。

自配标准气样的浓度按下式计算

???????（3）

为了提高分析的准确度，除氢以外，一律采用混合标准气样进行标定。 用注射器进样时，仪器的标定和组分测定必须用同一注射器，并且进样体积

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