缩短绝缘油色谱分析周期的探讨

崔辰晨

（国网山西省电力公司长治供电公司，山西 长治 046011）

0 引言

利用绝缘油中溶解气体分析，检测充油电气设备内部早期故障，已经成为变压器等充油电气设备绝缘监督的一个重要手段。特别是这类检测技术可以在设备不停电时进行，因此可以定期地对运行中的设备的内部状况进行诊断，确保设备的安全可靠运行。这就要求从事色谱分析工作的人员，在色谱分析操作的每一个环节中，都能认真细致、精确可靠地完成，确保分析数据准确。为此，在这种环境与要求下，能不能快速准确、及时有效地提供切实可靠的分析数据，对电网的安全稳定运行、供电可靠性的提高、企业的经济效益等都有较大的影响。在这种环境与要求下，若能提高色谱定量分析的速度与准确度，即缩短色谱分析周期，就可以使工作效率得到很大的提高。

1 探寻缩短色谱分析周期的方法

1.1 试验室现状调查

现状调查1：目前，试验室色谱仪气路系统采用热导池检测器TCD（Thermal Conductivity Detector）和氢火焰离子化检测器FID（Flame Ionization Detector）。

TCD是一种通用型检测器，对无机、有机物质都有响应，本试验室色谱分析中，其主要用于对CO、CO2等无机物响应。而FID一般对有机化合物都有响应，本试验室色谱分析中主要用于对CH4、C2H2、C2H4、C2H6等有机物的响应[1]。

现状调查2：目前某试验室所用的SP-3430型气相色谱仪的一些情况如下：分辨率：对H2的最小检测浓度一次进样≤5μL/L；对CO、CO2的最小检测浓度≤1μL/L；对C2H2的最小检测浓度≤0.1μL/L

稳机时间：1.5～2 h。

一次出峰时间：10 min左右。

现试验室色谱流程：有2个检测器，TCD和FID 串连,实现对 O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6等组份的一次进样分析,通过甲烷转化装置可测微量的CO、CO2。

现状调查3：目前试验室进样操作要严格符合“三快”，即进针要快，要准；推针要快；取针要快。对进样时间与多少应把握得当。时间过长，会降低柱效率使色谱区域加宽，进样时间越短越好，一般必须小于1 s，这样组分出峰时间少。进样太少会使含量少的组分因鉴定器的灵敏度不够而不出峰，进样多会使几个峰重叠在一起。试验人员技术水平有限，特别是在试验进针的“三快”上还不达要求，影响分析时间。

现状调查4：以下是试验室色谱仪的相关指标。

分辨率：对H2的最小检测浓度一次进样≤5μL/L；对CO、CO2的最小检测浓度≤1μL/L；对C2H2的最小检测浓度≤0.1μL/L。

稳机时间：1.5～2 h。

一次出峰时间：10 min左右。

现试验室色谱流程：有2个检测器，TCD和FID 串连,实现对 O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6等组份的一次进样分析，通过甲烷转化装置可测微量的CO、CO2。

调查结果：在目前试验条件下，在对某些站内充油设备进行色谱分析时，对试验各环节所需时间进行了统计,得出在不计色谱仪稳机时间的情况下，目前一个油样的色谱分析过程平均需要70 min。

1.2 原因分析

经过调查分析，对原因进行逐条确认，确认结果见表1。

经过以上确认得知，造成色谱分析效率较低的主要末端原因为：色谱仪出峰时间较长，且有拖尾现象（即由于色谱柱污染等原因造成色谱流出曲线回落不到基线就开始出下一个色谱峰的现象），影响组分的准确检测和分析时间；部分试验人员技术水平有限，特别是在试验进针的“三快”上还不达要求,影响分析时间。

表1 调查结果

1.3 对策实施

实施一：与色谱仪厂家合作，色谱流程中加入1个FID检测器，分析如下。

原仪器采用2个检测器，如图1所示，1个TCD和1个FID，一次进样，各组分依次出峰形成一张谱图。TCD：检测H2、O2、N2；FID：检测烃类气体和CO、CO2。

改进后采用单TCD、双FID，共3个检测器，如图2所示。一次进样，双柱并联分流，分流的两侧通道依次出峰形成两张谱图。TCD：检测 H2、O2、N2；FID 1：检测烃类气体；FID 2：检测CO与CO2。

图1 改进前色谱仪流程图

实施二：对进样注射器加装定量卡子，同时对试验人员进行大量实操培训。

图2 改进后色谱仪流程图

a）使用玻璃注射器抽样。试验人员应熟练掌握抽样过程，保证注射器芯无卡涩的情况下，油样平缓的流入容器，无冲击与飞溅，并且动作应熟练迅速。

b）排气过程要眼疾手快，不留一个小气泡，需大量操作才能熟练掌握。

c）对进样时间与多少应把握得当，严格按照“三快”。对进样注射器加装定量卡子后，使进样量更准确，更方便更快捷取针，达到“三快”要求。加装前后对比图如图3所示。

图3 加装“卡子”前后对比图

2 改进前后试验结果对比分析

2.1 试验时间对比分析

在目前试验条件下，在对某些站内充油设备进行色谱分析时见，见表1，对试验各环节所需时间进行了统计，可得在不计色谱仪稳机时间的情况下，目前一个油样的色谱分析过程平均需要70 min。

改进后再进行试验所需时间分析，见表2，发现减少了谱图出峰时间，并且除去了CO、CO2拖尾现象。在保证分离效果的前提下，同样油品的色谱分析过程从原来的70 min缩短为60 min,工作效率显著提高。

2.2 试验谱图对比分析

改进前试验谱图（见图4）与改进后谱图（见图5）对比说明如下。

a）改进前单通道谱图可以看到CO、CO2拖尾严重，改进后谱图可以看出，应用3个检测器的双通道色谱仪可以解决CO、CO2拖尾现象对CH4、C2H4的影响。

表1 改进前绝缘油色谱分析所需时间

表2 改进后绝缘油色谱分析所需时间

b）乙炔的出峰改进后看得更加清楚，同时缩短了谱图出峰总时间，提高了定量分析的速度与准确度。

c）改进后仪器的出峰灵敏度大大提高，且所有谱图峰型对称美观，满足色谱试验规范要求。

3 结束语

图4 改进前单通道色谱试验谱图

本文通过在色谱流程中添加一个检测器、对进样注射器加装定量卡子以及对试验人员进行实操培训，减少了谱图出峰总时间，并且除去了CO、CO2拖尾现象对CH4、C2H4含量测定产生的影响，所有人员均达到“三快”要求，从而提高色谱定量分析的速度与准确度，达到缩短色谱分析周期的目的，使工作效率有了很大提高。

图5 改进后双通道色谱试验谱图

[1] 操敦奎.变压器油中气体分析诊断与故障检查[M].北京:中国电力出版社，2005：39-44