|
摘要：介紹了變壓器絕緣油氣體組分含量測(cè)試的新方法及其在銀川供電局的實(shí)際使用情況，分析光聲光譜測(cè)試技術(shù)的原理、儀器和測(cè)試效果，并根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)給出了評(píng)價(jià)和建議。
關(guān)鍵詞：變壓器;絕緣油;色譜分析;光聲光譜
絕緣油中溶解氣體的氣相色譜分析，是變壓器類設(shè)備運(yùn)行維護(hù)中一項(xiàng)重要的試驗(yàn)方法，通過(guò)分析油中溶解氣體組分及其含量，可判斷變壓器和其他充油電氣設(shè)備內(nèi)部存在的發(fā)熱和放電性故障，較早提示設(shè)備內(nèi)部存在的問(wèn)題，是變壓器常規(guī)試驗(yàn)中使用最頻繁而且最有效的一項(xiàng)試驗(yàn)。氣相色譜法分析油中溶解的氣體是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)采用的唯一測(cè)試方法，誤差小，靈敏度高，是一種成熟的檢測(cè)手段。但該方法必須將油樣取回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試，中間環(huán)節(jié)較多，油中氣體容易溢散，測(cè)試過(guò)程本身也很長(zhǎng)，不能盡快得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。銀川供電局在2004年配備了英國(guó)凱爾曼公司采用光聲光譜技術(shù)原理的Transport-X型便攜式油中溶解氣體分析儀，經(jīng)修試公司近兩年時(shí)間的使用，檢測(cè)了上百臺(tái)1l0 kV及以下電壓等級(jí)變壓器色譜油樣，總體情況不錯(cuò)。
1 光聲光譜分析絕緣油色譜的原理
光聲效應(yīng)是由氣體分子吸收特定波長(zhǎng)的電磁輻射(如紅外光)所產(chǎn)生。氣體吸收輻射后導(dǎo)致溫度上升，此時(shí)如將氣體置于密閉容器，溫升相應(yīng)導(dǎo)致氣體壓力增高。如采用脈沖光源照射密閉氣體，利用靈敏的微音器即可探測(cè)到與脈沖光源頻率相同的壓力波。確定每種氣體特定的分子吸收光譜，從而可對(duì)紅外光源進(jìn)行波長(zhǎng)調(diào)制使其能夠激發(fā)某一特定氣體分子;確定氣體吸收能量后退激產(chǎn)生的壓力波強(qiáng)度與氣體濃度間的比例關(guān)系，從而做到定量分析。滿足上述兩個(gè)條件，即可將光聲效應(yīng)用于實(shí)際檢測(cè)儀器中。因此，通過(guò)選取適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)并結(jié)合檢測(cè)壓力波的強(qiáng)度，不僅可驗(yàn)證某種氣體是否存在，更可確定其濃度，甚至對(duì)某些混合物或化合物也可作出定性、定量分析。
Transport-X型便攜式油中溶解氣體分析儀即是應(yīng)用這種檢測(cè)技術(shù)的產(chǎn)物。儀器的油樣采集方法與常規(guī)方法相同，而后將注射器內(nèi)油樣注入儀器頂空分析器的樣品瓶。由于儀器內(nèi)自身具有頂空分析器，因此無(wú)需另外的脫氣裝置。油樣注入后，儀器開(kāi)始對(duì)油樣進(jìn)行電磁攪動(dòng)使其中的溶解氣體不斷蒸發(fā)，同時(shí)使頂空內(nèi)的氣體在氣路內(nèi)循環(huán)。當(dāng)氣液相濃度達(dá)到平衡狀態(tài)，儀器內(nèi)的PAS光聲光譜測(cè)量模塊對(duì)頂空內(nèi)的氣樣進(jìn)行分析，并將最終得到的各氣體濃度結(jié)果顯示出來(lái)。測(cè)量模塊內(nèi)有作為光源的燈絲，提供包括紅外譜帶在內(nèi)的寬帶輻射，采用拋物面反射鏡聚焦后進(jìn)入光聲光譜測(cè)量模塊。模塊中的的調(diào)制盤以恒定速率(30Hz)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生頻閃效應(yīng)以便對(duì)光源進(jìn)行頻率調(diào)制。在入射至光聲室之前，紅外輻射需透過(guò)一系列濾光片。不同的濾光片僅允許透射與某種分子光譜波長(zhǎng)一致的光輻射，以便激發(fā)某種化合物分子。當(dāng)氣態(tài)樣品注入光聲室后，記錄由微音器檢測(cè)到的入射光透射各濾光片后激發(fā)氣體樣品產(chǎn)生的壓力波強(qiáng)度。相應(yīng)的數(shù)值則代表樣品中所含特征氣體的濃度值。
因?yàn)榉治鲈淼木薮蟛罹�，采用光聲光譜原理分析絕緣油色譜，其結(jié)果是不能直接與傳統(tǒng)色譜柱原理的色譜儀直接比較的。儀器開(kāi)發(fā)者做了大量的對(duì)比試驗(yàn)，研究了需要測(cè)試的各類氣體組分的光聲光譜測(cè)試結(jié)果與色譜柱法測(cè)試結(jié)果的對(duì)應(yīng)關(guān)系，作出二者的關(guān)聯(lián)曲線，并將曲線存儲(chǔ)在分析儀內(nèi)，儀器自動(dòng)將光聲光譜測(cè)試結(jié)果轉(zhuǎn)換為等同于色譜柱法測(cè)試結(jié)果的組分含量，并將最終結(jié)果顯示出來(lái)。資料顯示，色譜分析所需要的7種氣體組分在儀器提供的大部分測(cè)量范圍內(nèi)，測(cè)試結(jié)果與傳統(tǒng)方法測(cè)試結(jié)果均具有較好的的線性及相關(guān)性。特別是Transport-X型儀器顯示出了較氣相色譜儀器更為優(yōu)越的穩(wěn)定性能。在大部分測(cè)試結(jié)果中，Transport-X的重復(fù)性均優(yōu)于氣相色譜儀。在某些場(chǎng)合，例如CO及CO2的測(cè)量，Transport-X的性能甚至優(yōu)于氣相色譜儀。
2 實(shí)際應(yīng)用效果及事例
Transport-X儀器一體化設(shè)計(jì)，約重十公斤，攜帶方便，測(cè)試速度極快，無(wú)需預(yù)熱，每個(gè)油樣從油樣注入儀器到最終結(jié)果出來(lái)整個(gè)測(cè)試過(guò)程僅用時(shí)20 min，而傳統(tǒng)儀器算上預(yù)熱時(shí)間，測(cè)試一個(gè)油樣至少兩小時(shí)。因無(wú)需載氣瓶，所以不需補(bǔ)氣，也無(wú)其他附屬部件，人工抽油注入儀器后，儀器自動(dòng)對(duì)氣體組分進(jìn)行檢測(cè)，操作很方便，儀器內(nèi)有高壓泵，測(cè)試完畢后能對(duì)氣室進(jìn)行自動(dòng)清洗。從凱爾曼儀器資料上看，儀器對(duì)大多數(shù)氣體組分包括乙炔的檢測(cè)精度均為1ppm，相比傳統(tǒng)氣相色譜儀其精度略差。表1是Transport-X說(shuō)明書(shū)提供的儀器測(cè)試范圍和最小檢測(cè)精度。從實(shí)際使用效果看，在氣體組分含量較高時(shí)，測(cè)試結(jié)果與色譜柱法臺(tái)式機(jī)結(jié)果比較吻合，在氣體組分含量在20ppm 以下時(shí)，誤差較大，但數(shù)據(jù)趨勢(shì)仍然是較好的。最大的問(wèn)題是乙炔氣體的檢測(cè)精度太差，2～3個(gè)ppm 以下的乙炔基本無(wú)法檢出。
|
