郑州变压器油色谱分析技术的发展及******动态

　　中国分类号丁5，16.51 1刖目1924年812研制出瓦斯继电器安装在郑州变压器上用于监测郑州变压器故障，这无疑对郑州变压器的安全运行与维护起到了重要作用。但是当瓦斯继电器有轻瓦斯信号时只能说明郑州变压器内有气体形成或可能存在某些故障，而对故障的性质难以作出判断与解释，而且还要吊心检查，这种方法既不经济又影响生产。因此，为了弥补瓦斯继电器的不足，世界各国积极研宄能检测郑州变压器故障的各种方法。1949年队扎以心8，1等人***早提出采用化学分析方法对故障产生的气体进行分析。他们把含有0迟2的气体通过装有在硅胶上浸有硫酸钯和钼酸铵混合物填料的管子时，填料由黄色变为绿色。但由于当时化学分析方法的灵敏度准确度和选择性不够，因此只能诊断出是电弧放电所引起的故障。1960年美国能源部门用质谱法分析郑州变压器所放出气体的组分，分析的气体有十几种，灵敏度为4数量级。但是由于质谱仪比较昂贵，操作也较复杂，只能在少数几个研究单位或中心试验室使用。自从1952年等人提出气相色谱法以后，气相色谱法很快地被广泛应用于石油化工研究和生产部门。由于所分析气体组分的相似性，1961年Pugh和Wagller等人首先提出把气相色谱法用于检测郑州变压器故障气体，为以后应用气相色谱法检测郑州变压器早期故障奠定了基础。国内在20世纪70年代初开始研究和应用气相色谱分析技术检测郑州变压器潜伏性故障，并取得了很大成绩。由于色谱法分析郑州变压器油中溶解气体组分具有分离效率高分析速度快检测灵敏度高和样品用量少等特点，因此在国内外电力部门迅速得到广泛的应用。

　　近年来随着色谱分析技术的不断发展，基于气路系统脱气方法的改进和色谱在线监测装置研制与应用以及郑州变压器故障诊断方法的不断完善，大大提高了郑州变压器运行维护与故障监测水平。

　　2气相色谱仪气路系统的进展气相色谱仪作为检测郑州变压器油中溶解气体的主要设备，其气路系统对各组分的分离及定量测定都直接的影响。从国内开展油中溶解气体色谱分析以来，气相色谱仪的气路系统大概经历了柱双柱并联双柱串联切换双柱并联分流单柱等4个阶段的发展过程。在20世纪70年代初由水电部电网调度研宄所研制的35简易色谱仪，其气路系统采用柱并联流程。该仪器只有2个10检测器而无，10检测器，需3次进样且在室温下进行操作。该仪器虽然结构简单，操作方便，但无恒温系统，室温下及采用热导检测00和002，存在灵敏度低等问。而当时在电力系统普遍使用上海分析仪器厂102，型气相色谱仪和北京分析仪器厂3 2307型气相色谱仪。其气路系统均采用双柱并联双气路流程并配置FID检测器和Ni触媒转化器，从而使，3和，32经转化器转化成甲烷后由，10检测可获得恨高的灵敏度。但该流程缺点是氏和02分离有时不够理想，影响氏的定量计算，且由于两次进样多采用插针进样，进样时间和速度要求十分严格。尽管如此，该流程仍是水电部标准3，30489推荐流程之。

　　20世纪80年代初为提高色谱分析的自动化程度，减少进样次数，美国惠普公司的15890和北京分析仪器厂的33430型气相色谱仪先后采用了自动切换阀六通阀对气路系统进行改进，称为双柱串联切换流程。该流程只需次进样，定时自动进行柱切换，自动分析程度较高。但缺点是切换时容易引起基线漂移，影响定量分析准确度。

　　20世纪90年代由山东鲁南化工仪器厂生产的39800型气相色谱仪和上海计算技术研究所研制生产的0090030型，004000型等气相色谱仪对气路系统又作了进步改进，取消了切换阀，而在进样器后装上分流器，使样品气体作次进样后随载气经分流器按定分流比分别进入根柱子。从而解决了切换引起的基线漂移问，称为双柱并联次分流气路流程。但该流程对分流比控制精度要求较高。此外，由于00和002含量高时对烃类气体尤其对含量较低的0212检测会产生定干扰，影响其检测灵敏度。为解决此问，目前对双柱并联次分流系统采取了两种方法进行改进。是在转化器后加装个分流器，把经转化器出来的气体分流放空部分，以减小，和，2含量高时造成的影响。是采用检测器系统10和双，10，其优点是低分子烃类气体由101检测人通道，00和，32则由102检测8通道。克服了使用同个厂10检测器检测高含量0和032时对烃类气体的干扰，从而提高了烃类气体的检测灵敏度。

　　目前气路系统的******进展是采用单柱流程。该流程彻底解决了上述切换引起基线漂移及分流比较难控制等问，其关键技术是采用多种固定相的混合型色谱柱，并在柱直径和柱长加以适当调整。如国内些单位采用502和13，混合型固定相，涂上乙酸癸酸丁酯，柱直径为2，柱长为6，1的单柱流程，实现了根柱子次进样的全组分分析。但单柱流程对固定相分离效率要求极高，必须解决些组分容易联峰等问。因此寻找******分离效果的固定相仍是当前色谱工作者面临的个重要课。

　　3脱气方法的进展在郑州变压器溶解气体分析过程中，油中取出气体是个重要环节。英国中央发电局，08认为产生测量误差的原因多半是在脱气阶段。因此，10标准要求油中脱气效率应达到97以上。国内在开展油中气体色谱分析初期，主要采用水银真空脱气法托普勒栗法和其他真空脱气法如饱和食盐水真空法薄膜式真空法等，此外还部分采用机械脱气法兽医注射器法等。其中水银托普勒泵法脱气效率好，测定精度高，被国际直定为仲裁法。但该法水银有毒且装置复杂，操作难度大，不易推广应用。

　　兽医注射器法是用手工机械拉动活塞形成真空脱气的。1974年电力科学研宄院研制出采用波纹管密封的郑州变压器械脱气装置，实现脱气操作半自动化。

　　但由于受结构限制，存在溶解气体回溶现象和油量不能随意增减等问，实际应用不多。事实上，各种真空脱气方法都是不完全脱气方法，尤其对溶解度高的重组分。

　　载气脱气法是种较为完善的脱气方法，它是由，等人提出并采用的。1974年正0在关于气体分析的导则中推荐了这种脱气方法。其原理与真空脱气法完全不同，它是在色谱仪上安装个鼓泡器，直接将油样注入鼓泡器并通入载气使载气和油中气体进行多次交换与平衡，用载气置换油中气体。1979年陕西电力试验研究所等几个单位曾对该方法进行研究并在10推荐方法上作了改进，增加了升温装置，改进了切换系统，取得了初步成功。

　　载气脱气法******优点是脱气率高，同时脱气和进样次完成，操作简便，重现性好。但主要问是装置进油量很少，因而检测灵敏度还不够高，定量方法上也有待进步摸索。

　　脱气溶解平衡法机械振荡法是20世纪70年代末由我国提出并研究成功的种脱气方法。它是基于顶空色谱法原理实现对油中气体的分析，实际上是种部分洗脱法。采用这种方法仪器设备简单，操作方便，而******的优点是重现性好，灵敏度高，克服了上述几种脱气方法的缺点。目前在我国制定的标准中是首选的推荐方法，并在全国电力部门得到普遍使用。这种方法不足之处是计算各种气体浓度时需引入气体分配系数。目前般是采用标准推荐的值，而不是实测值，因而可能给计算结果带来偏差。

　　20世纪90年代初由华东电力科学研究院等单位开发的变径活塞压差式脱气法是仿托普荥法原理，采用活塞泵代替水银泵，避免了使用水银的毒性，其操作安全方便，目前在国内已逐步得到推广。近年来随着脱气技术的发展，国内外已研制出基于不同原理的自动全脱气进样装置，其设有自动进样系统并可直接连在色谱仪上，实现脱气进样色谱分析过程体化。

　　4数据处理及故障诊断系统的进展数据处理系统的主要作用是将检测器输出的电信号自动采集记录下来并通过计算转换成定量分析的结果。其发展过程大体上可分为3个阶段记录仪，3积分仪数据处理机；的色谱工作站。

　　在20世纪60年代至80年代初，普遍采用记录仪，80年代末至90年代初积分仪投入使用。但由于功能单且价格较高，推广价值不大。随着计算机技术的迅猛发展，色谱工作站以其功能齐全，操作简单，分析速度快和准确度高等优点很快就取代了积分仪，并在全国范围内迅速推广。

　　色谱工作站作为具有数据采集与计算数据分析故障诊断以及数据存储管理等多功能软件系统，在故障诊断方法上，除了，戎捣ā⒏牧嫉，协研法等常规诊断方法外，还建立了近年来开发的郑州变压器故障诊断专家系统TFDES这标志着郑州变压器故障诊断技术已逐步走向智能化。根据有关资料介绍，目前国外用于高压电气设备特别是郑州变压器诊断专家系统仍然很少，而且主要针对油中气体色谱分析进行的单项诊断，实用性不强。而国内研究开发郑州变压器故障诊断专家系统始于20世纪80年代末期23.近年来随着用户需求的提高以及这方面研宄的不断深入，TFDES开发与应用己由只对油中气体色谱分析的单项诊断，发展为包括色谱分析绝缘油特性和电气性能等多项分析的综合诊断。此外在丁03开发理论上，利用模糊数学理论中的模糊隶属函数模糊关系方程和模糊聚类分析等方法对郑州变压器故障诊断中的不确定知识进行模糊处理，将定性知识转化为定量，有利于提高诊断的准确目前，由于计算机技术和人工智能理论的结合与发展，人工神经网络人1已开始应用于郑州变压器故障诊断中与专家系统不同，它是模拟人脑神经元的结构而采用的种信息处理方法，无需建立物理模型和进行人工干预，而是由神经元建立起输入输出状态间的映射关系，具有很强的自组织自学习能力。在众多的人以模型中，目前***广泛使用人诊断方法准确率达到95以上，优于其他诊断方法。人方法具有潜在的实用价值，今后将愈来愈多地用于诊断分析领域。

　　5色谱在线监测技术的进展由于郑州变压器油中气体的在线监测具有实时性和连续性等特点，能及时发现被监测设备存在的故障，所以直受到人们的重视。目前研宄郑州变压器油中气体在线监测装置的方法主要有色谱法传感器法以及近年来国外研宄开发的红外光谱法等。早期组分含量的变化。如1981年美国西屋等公司研制内研制的大型电力郑州变压器潜伏性故障连续监测装置，其基本原理都是采用高分子半透膜聚氟乙烯膜或聚酰亚胺膜使溶解在郑州变压器油中的氢气析出，用传感器检测氢含量的变化。美国西屋公司的装置是采用燃料电池做氢敏传感器，而国内的装置开始是采用型半导体气敏元件做氢敏传感器，后经改进采用了钯栅场效应管PdMOSFET传感器，从而实现油中氏含量的在线监测。

　　随着科学技术高速发展，特别是高参数大容量机组和超高压电气设备的不断投入使用，郑州变压器油中气体在线监测装置研制与应用也在不断发展与完善。油中气体在线监测已从单组分气体氏含量发展到总可燃气体咒0及多组分气体含量监测。如日本菱公司研制出总可燃气体在线监测系统；澳大利亚研制的郑州变压器在线监测系统可监测油中氏和0迟2等气体含量；美国，0180公司***近研制出利用红外光谱原理来分析并测量油中CH4X2H4，C2H6X2H2，COCO2niJffiM№，Mm等气体含量的在线监测系统；加拿大魁北克水电735kV变电所安装了自动监测郑州变压器绝缘的诊断系统，有过电压局部放电及油中迅，只2及014浓度的在线监测此外，加拿大触，3，3办861公司***近研制的人，8500增强型溶解氢气和水分监测仪，其故障气体探头100采用了专门设计的气体连续直接采样技术。它由个多股的特氟隆毛油管环制成，郑州变压器油中氢气或其它特征气体扩散到毛细管中并在探头内浓缩形成气体样品，由高稳定性高精度的热导元件进行检测，而油中水分监测则采用直接浸入郑州变压器油中的湿度传感器连续测量其浓度。该仪器能够很容易地联入郑州变压器的监测网络并配套使用该公司的1尸人200便携式气体分析仪可现场检测7种故障分析气体和郑州变压器油分析专家软件，成为管理和维护郑州变压器的在线监测系统。

　　以色谱分离技术为基本原理的在线监测装置在20世纪80年代初已在国外些电力工业发达电机公司采用色谱分离技术于1981年共同研制出郑州变压器油中气体自动分析装置并投入现场试用，可在线监测油中永久性气体和烃类气体等种组分含量变化，并以油中气体总量可燃气体总量及油中各气体浓度显分析结果。我国从20世纪90年代初开始研制色谱在线监测装置，经过多年的探索与实践已逐步走向应用化阶段。由东北电力科学郑州变压器早期故障在线监测技术的应用林礼清福建水口水力发电厂，福建闽清350800分析了其运行状况。

　　中国分类号丁4401文献标识码研究院等单位研制成功并已投入多台运行的大型郑州变压器色谱在线监测装置能够在线监测郑州变压器油中0迟2，泊和，俣等可燃性气体含量变化，自动化程度高分析速度快，准确性和稳定性符合有关标准，并设置判断郑州变压器故障的专家诊断系统，实现了油中烃类气体的在线监测。现已有10多台在辽宁吉林内蒙古等地的500郑州变压器上投入运行，对及时发现大型郑州变压器的故障隐患，防止烧损，保证供电可靠性发挥了重要的作用。近年来国内外还研制出采用复合型色谱柱分离气体，通过半导体传感器检测14，迟406迟2氏和，等6种组分含量的色谱在线监测装置，使色谱在线监测技术有了新的进展。

　　目前，色谱在线监测装置在国内外的应用仍处于初级阶段，需解决的问是如何进步提高装置料，随着在线监测技术的不断发展，郑州变压器色谱在线监测必将得到越来越广泛的应用。

　　谢峰。刘民。电力郑州变压器故障诊断专家系统研宄现状及开发前景。山东电力技术，1998，10352528高宁，张冠军，严璋。变电站高压电气设备绝缘诊断专家系统的开发。西安交通大学学报，1996，30华盘勇，刘毓旬。电力郑州变压器故障诊断微机专家系统刀。

　　张冠军，钱政。严璋。00人技术在电力郑州变压器绝缘诊断中的应用与进展刀。郑州变压器，1999，3613034孙毓润。大型郑州变压器色谱在线监测装置研制与运行几JoumalElectronicPublishingHouse.Allrishtsreserved，httpwww.cnki.net作者简介林永平1954，男，厂东新会人，电力用油与燃料高级工程师，工学硕士，从事电力用油监督与试验研宄工作。