-油中溶解气体组分检测技术.docx

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1、第七章油中溶解气体组分检测技术本章内容摘要本章主要介绍r油中溶解气体组分检测技术的进展历程、根本原理，介绍了油中溶解气体的现场检测方法、相关困总事项和标准检测流程，以及如何应用油中溶解气体检测结果分析充油设备的运行状况。1.2.固体绝缘材料的裂化产气1.I目次第一节油中溶解气体分析技术概述一、进展历程油中溶解气体分析技术的进展是基于色谱法的进展。色谱法是1903年由俄国植物学家米哈伊尔.茨维特创立的，1952年马丁(A.JJJIartin)和辛格(R.1.M.Sgng。)及詹姆斯1ATJames)等人在色谱法的根底上苜先建立气相色谱法，更定了油中溶解气体分析技术的根底。至今虽仅仃半个多世纪的历

2、史，由于其具仃分别效能高、分析速度快、定量结果准、易手自动化等特点，已经成为举世公认的重要近代分析手段之一.我国油中溶解气体的分析始于20世纪60年月，70年月后应用范用快速扩大，迄今已普及全国。油中溶解气体的分析一般不需要设备停电，而且对觉察电力充油设备内部故障的早期诊断格外灵敏、有效，为目前设备状态性检修供给了牢靠地依据。目前，绝缘油中溶解气体组分的测定的气相色谱法、变压器油中溶解气体分析和埋伏性故障的诊断导则已作为行业标准和国家标准在全国推广实施。二、技术分类油中溶解气体检测技术依据工作原理分为气相色谱色谱法、光声光谱法、红外光谱法等.依据不同原理生产的检测仪器分别称为气相色谱仪、光声光

3、谱仪、红外光谱仪等。油中溶解气体检测技术依据使用方式可分为试验室检测技术、便携式检测技术和在线检测技术。依据不同使用方式生产的检测仪器分别称为试脍空色谱仪、便携式色谱仪和色谱在线检测装置。三、应用状况20也已70年月初，电力系统开头将油中溶解气体分析技术应用了变压器内部故障的早期诊断。多年来，随着实践阅历的枳存，取样、脱气方法得以改进，诊断方法方面也取得了很大进展，目前利用气相色谱法检测油中溶解气体推断设备内部故障和监视设备的运行，可有效推断设法老化,过热、受潮、放电等早期故障，已成为充油电气设备安全运行不行缺少的重要手段。应用电压等级已涵盖6至1000千伏交直流设备：应用设备类型包含变压器、

4、电抗器、电流互感器、电用互感器及油纸套管等充油设备，应用过程贯穿于设备制造、安装、运行、退役全寿命周期监视。其次节油中溶解气体分析技术根本原理一、根本学问分析油中溶解气体的组分和含量是监视充油电气设备安全运行的最有效的措施之该方法适用于充有矿物绝缘油和以纸或层压纸板为绝缘材料的电气设备。主要监测对推断充油电气设备内部故障有价值的气体，即氧气(H2)、甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)乙烯(C2H4)、乙焕(C2H2)、氧化碳(CO)二氧化碳(CO2)。定义总仁为烬类气体含量的总和，即甲烷、乙烷、乙烯和乙烘含量的总和。二、油中溶解气体产气根本原理充油电气设备所用材料包括绝缘材料、导体(金属)材料两

5、大类。绝缘材料主要是绝缘油、绝缘纸,树脂及绝缘漆等：金属材料主要是铜、铝、硅钢片等材料。故障下产生的气体也主要是来源于纸和油的热解裂化。1.绝缘油的裂化产气绝缘油是由很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。由电或热故障的结果可以使某些C-H键和C-C键I析裂，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，这些氢原子或自由基通过简单的化学反响快速重化合，形成匆气和低分子烧类气体，如甲烷、乙烷、乙烯、乙块等，也可能生成碳的固体颗粒及碳翅聚合物(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拢成游

6、离气体。低能量放电性故障，如局部放电，通过离子反响促使最弱的键C1.1.键338kJmo1.)断裂,主要重化合成氮气而积存。对C-C健的断裂需要较高的温度(较多的能量)，然后快速以C-C键(607kJmo1.)C=C键(720kJmo1.)和C三C键(960kJno1.)的形式由化合成攵至类气体，依次需要越来越高的温度和越来越多的能量。乙烯是在高下甲烷和乙烷的温度(大约为500C)下生成的(虽然在较低的湿度时也有少量生成)。乙烘一般在800C-I200-C温度Pk成，而且当温度降低时，反响快速被抑制，作为重化合的稳定产物而积存。因此，大量乙焕是在电弧的弧道中产生的。固然在较低的温度卜.(低于8

7、00C)也会有少量乙块生成。油起氧化反响时，伴随生成少量CO和C02,并且CO和C02能长期积存，成为数St显著的特征气体.MO7501O12501500175020故（S1.度（,0故障气体的产生和故障温度的关系2.6r图7-1固体绝缘材料的裂化产气纸、层汽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键及葡萄糖戒键，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化合。聚合物裂解的有效温度高T105C,完全裂解和碳化高丁300C,生成水的同时，生成大地的CO和C02及少量炫类气体和味喃化合物，同时油被氧化。CO和C02的形成不仅随温度而且陋油中氧的含晶和纸的湿度增加而

8、增加。3.充油高压设备的故障气体特征绝缘油里分解出的气体形成气泡，在油里经对流、集中不断地溶解在油中。这些故障气体的组成和含量与故障的类型及其严峻程度有亲热关系。因此，分析溶解于油中的气体就能尽早觉察设备内部存在的埋伏性故障，并可随时监视故附的进展状况.不同的故障类里产生的主要特征气体和次要特征气体可归纳为表2-1.表7-1不I可故障类型产生的气体故障类型主畏气体组成次要气体坦成油过热CH,CI1.H.CH油和侬愉CH,CH.CO.COI1.，CH油绿中局部放电H.CH.,COCH,.GHJCO1油中火花放电H,CH油中电只H.CHC1.1.CU.C1.1.油和IK中电31IHJCJ1.CO.

9、CO.CH.CH,CH注：进水受潮或油中气泡可能使翅含柢上升在变压器里，当产气速率大于溶解速率时，会有一局部气体进入气体维电涔或储油柜中.当变压器的气体继电器内消灭气体时，分析其中的气体，同样有助于对设备的状况做出推断。三、油中溶解气体分析方法原理实现油中溶解气体故障分析的方法，目前主要承受气相色谱法和光声光谱法两种方法。1.气相色谱法色谱法(也称色谱分析、色层法、层析法)：是种物理分别方法，它利用混合物中各物质在两相间安排系数的差异，当溶质在两相间做相对移动时各物质在两相间进展屡次安排，从而使各组分得到分别。实现这种色谱法的仪器就叫色谱仪。ABOiH惊恻”e*m1A+B函IIna图7-2混合

10、气体在色谱柱里.的分别色谱法的分别原理主要是，当混合物在两相间作相对运动时，样品各组分在两相间进展反更展次的安排，不同安排系数的组分在色谱柱中的运行速度就不同，滞留时间也就不一样.安排系数小的组分会较快地流精彩谱柱；安排系数愈大的组分就愈易滞留在固定相间，流过色谱柱的速度较慢。这样，当流经肯定的柱长后，样品中各组分得到了分别.当分别后的各个组分流精彩谱柱而进入检测器时，记录仪就记录出各个组分的色谱峰。色谱法具有：(I)分别效能高、(2)分析速度快、(3)样品用地少、(4)灵敏度高、(5)适用范围广等很多化学分析法无可与之比较的优点。主要检测流程：来自高压气瓶或气体发生器的载气首先进入气路掌握系

11、统，把我气调整和稳定到所需要流单与压力后，流入进样装置把样品(油中分别出的混合气体)带入色谱柱，通过色谱柱分别后的各个组分依次进入检测潺，检测后检测到的电信号进过计奥机处理后得到每种特征气体的含做2.光声光谱法气体光声效应是由气体分子吸取电磁辐肘(如红外辐射等)所致，气体分子按其特征吸取肯定量电磁辎射后，导致气体温度上升，局部能量随即以释放热能方式退激，并导致气体及四周介质产生压力波动.假设将气体置F密闭容器内，气体的湿度变化则产生成比例的压力波。首先是需要确定每种气体特定的分子吸取光谱，从而可对红外光源进展波长调制使其能够激发某一特定气体分子：其次则是确定气体吸取能量后退激产生的压力波强度与

12、气体浓度间的比例关系。因此，通过选取适当的波长并结合检测压力波的强度，就不仅可验证各种气体的存在，并可进步确定其浓度。甚至对某些混合物或化介物也可做出定性、定量分析，而这也正是光声光谱技术的特点。使用光声光谱技术检测变压器油中溶解气体的根本原理如下：2.1 光源输出稳定的红外光，经以肯定频率旋转的调制盘调制，透过不同颜色的源光片，产生周期性（照耀与不照耀）的窄带光。2.2 2对采集到的变压器油进展动态顶空脱气，脱出的气体经气路进入到密封的容器。2.3 利用调制出的周期性窄带光对混合气体进展周期性的激发，利用不同气体拥仃特定的吸取波长的特性，每一种经调制的窄带光可使某一种故障气体周期性的受激退激

13、，从而产生周期性的温度变化，进而导致周期性的压力变化。2.4利用气室两端的高灵敏度微音器（相当于麦克风）探测这种压力的变化，将其转化成电信号，通过混合气体浓度与电信号之间的对应关系以及计算方法，得出某一种故障气体的浓度。图7-3光声光谱监测原理图总结以上原理，其检测过程主要为两方面，一个是通过使用不同的漉光片进展选择窄带光，激发某种气体，从而实现对故障气体的定性检测，即检测为哪种故障气体：另一个是通过找到光声效应产生的电信号与气体浓度间的关系，从而实现时故障气体的定量检测,即检测具体该种故障气体的浓度。第三节油中溶解气体检测及诊断方法油中溶解气体组分检测技术地主要步骤为充油电气设备的样品采集、

14、从油中脱出溶解气体、检测各气体组分浓度、依据试验数据进展故障识别和诊断。一、样品采集1 .取样容器预备1.1 取油样容器预备1.1.1 容器要求：应使用密封良好且无卡塞的100m1.玻璃注射器。1.1.2清洗方法方法一：取样注射婚使用前，按挨次用有机溶剂（无水乙醉或石油处）、自来水、蒸储水洗净，在105C卜充分枯燥后，马上用密封胶帽盖住头部待用，保存在专用样品箱内。假设次清洗多支注射器时，应做好对应标识，防止混渤不配套。方法二：试验室应备有IO1.左右经检测合格的变压器油（清洗油），用于100mI玻璃注射器清洗0用注射器抽取20m1.左右清洗油，盖上密封胶帽，上下晃动注射器几次后将油排尽，重发

15、以上操作5次，完毕后用干净抹布将注射器外外表搽干净，马上用密封股帽或住头部待用，保存在专用样品箱内。1.2取气样容器预备1. 2.1容器要求：应使用密封良好且无卡塞的IOm1.玻璃注射器。1.2. 2清洗方法：取样注射器使用前,按挨次用右机溶剂（无水乙醇或石油修）、自来水、蒸例水洗净，在105C下充分枯燥后，马上用密封胶帽盖住头部待用，保存在专用盒子内。假设一次清洗多支注射器时，应做好一一对应标识，防止混淆不配套。2.现场取油、气样方法2. 1预备工作2.1.1依据现场工作时间和工作内容填写工作票，履行工作票许可手续。2. 1.2正确限戴好安全帽、进入工作现场,在工作地点悬挂“在此工作”标示牌，检杳安全措施是否满足工作要求，整齐摆放工器具及取样箱、取样容器。2. 1.3取样标签3. 1.3.1填写样品标签，完毕后粘贴在注射器上。4. 1.3.2标签内容：变电站名称、设备名称、取样日期等。5. 2取油样步骤2.2I取油样部位：一般应在设备底部取样阀取样，特别状况卜.可以在不同位置取样。2.2.2取油样前应确认设