油中溶解氣體分析就是分析溶解在充油電氣設(shè)備絕緣油中的氣體，根據(jù)氣體的成分、含量及變化情況來診斷設(shè)備的異常現(xiàn)象。例如當(dāng)充油電氣設(shè)備內(nèi)部發(fā)生局部過熱、局部放電等異常現(xiàn)象時，發(fā)熱源附近的絕緣油及固體絕緣（壓制板、絕緣紙等）就會發(fā)生過熱分解反應(yīng)，產(chǎn)生CO2、CO、H2和CH4、C2H4、C2H2等碳?xì)浠衔锏臍怏w。由于這些氣體大部分溶解在絕緣油中，因此從充油設(shè)備取樣的絕緣油中抽出氣體，進(jìn)行分析，就能夠判斷分析有無異常發(fā)熱，以及異常發(fā)熱的原因。氣相色譜分析是近代分析氣體組分及含量的有效手段，現(xiàn)已普遍采用。圖1-1所示為油色譜分析在線監(jiān)測的原理框圖。

    進(jìn)行氣相色譜分析，首先要從運行狀態(tài)下的充油電氣設(shè)備中取油樣，取樣方法和過程的正確性，將嚴(yán)重影響到分析結(jié)果的可信度。如果油樣與空氣接觸，就會使試驗結(jié)果發(fā)生一倍以上的偏差。因此，在IEC和國內(nèi)有關(guān)部門的規(guī)定中都要求取樣過程應(yīng)盡量不讓油樣與空氣接觸。其次，要從抽取的油樣中進(jìn)行脫氣，使溶解于油中的氣體分離出來。脫氣方法有多種，常用的是振蕩脫氣法，即在一密閉的容器中，注入一定體積的油樣，同時再加入惰性氣體（不同于油中含有的待測氣體），在一定溫度下經(jīng)過充分振蕩，使油中溶解的氣體與油達(dá)到兩相動態(tài)平衡。于是就可將氣體抽出，送進(jìn)氣相色譜儀進(jìn)行氣體組分及含量的分析。
    常規(guī)的油色譜分析法存在一系列不足之處，不僅脫氣中可能存在較大的人為誤差，而且監(jiān)測曲線的人工修正法也會加大誤差，從取油樣到實驗室分析，作業(yè)程序復(fù)雜，花費的時間和費用較高，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上不能適應(yīng)電力系統(tǒng)發(fā)展的需要；監(jiān)測周期長，不能及時發(fā)現(xiàn)潛伏性故障和有效的跟蹤發(fā)展趨勢；因受其設(shè)備費用和技術(shù)力量的限制，不可能每個電站都配備油色譜分析儀，運行人員無法隨時掌握和監(jiān)視本站變壓器的運行狀況，從而會加大事故率。因此，國內(nèi)外不僅要定期作以預(yù)防性試驗為基礎(chǔ)的預(yù)防性檢修，而且相繼都在研究以在線監(jiān)測為基礎(chǔ)的預(yù)知性檢修策略，以便實時或定時在線監(jiān)測與診斷潛伏性故障或缺陷。
    絕緣油氣相色譜在線監(jiān)測主要解決油氣分離問題，目前在線監(jiān)測油氣分離采用的是不滲透油只滲透各種氣體的透氣膜，集存滲透氣體的測量管和裝在變壓器本體放油閥上變換氣流通過的六通閥以及電動設(shè)備；氣體監(jiān)測包括分離混合氣體的氣體分離柱及監(jiān)測氣體的傳感器，控制氣體分離柱工作溫度的恒溫箱、載氣、繼電器自動控制以及輔助電路設(shè)施。
    二、油色譜傳感器簡介
    為了解決油色譜氣相分析在線監(jiān)測，近年來研究出了各種滲透性薄膜，把它裝在被測設(shè)備的油道中，可以把不同氣體滲透出來，再通過各種傳感器，分別監(jiān)測不同的氣體。最簡單的是氫氣（H2）的滲透膜技術(shù)。
    常用的從油中分離H2的滲透性薄膜原料有聚四氟乙烯及其共聚物、聚酰亞胺。這種薄膜有獨特的透氣性，只讓油中所含的氣體能從薄膜中透析到氣室內(nèi)，如圖1-2所示。另外要求H2的滲透度較其他氣體有較大的差異。厚度一般為5.0×10-3cm，具有良好的抗油性能，例如Panametric公司生產(chǎn)的Hydran型H2測定儀采用的是0.005cm厚的聚四氟乙烯薄膜，日立公司研制的H2測定儀采用0.005cm厚的聚酰亞胺薄膜。

    H2是充油電力設(shè)備絕緣材料分解所產(chǎn)生的主要氣體之一，可作為監(jiān)測分析絕緣材料異常現(xiàn)象的依據(jù)之一，但僅憑H2的測量還不能完全作出準(zhǔn)確判斷。因此，為了進(jìn)行準(zhǔn)確的監(jiān)測和診斷，還需要測量CO2、CH4、C2H2、C2H4和C2H6等氣體，特別是某種表征異常狀態(tài)所對應(yīng)的特征氣體。這就需要研究能滲透過多種氣體的滲透膜。最近，發(fā)明了用PFA(Tetrafluoroethylene-Perfluoroalkylvinylether)共聚薄膜，從油中分離出H2、CO2、CH4、C2H2、C2H4及C2H6等氣體進(jìn)行監(jiān)測的技術(shù)。
    利用PFA薄膜滲透氣體的特性，從滲透膜分離出的油中氣體，可利用半導(dǎo)體傳感器來測定氣體含量，由此可構(gòu)成直接測量油中溶解氣體的裝置，直接診斷充油電力設(shè)備中內(nèi)部有無異常。現(xiàn)在各個領(lǐng)域不斷地在開發(fā)新滲透膜、新傳感器，所以很好地組合這些新產(chǎn)品，將會出現(xiàn)更好、更可靠的油中氣體自動分析裝置。
    三、絕緣油溶解氣體的在線檢測
    1.油中氫氣的在線檢測
    不論是放電性故障還是過熱性故障都會產(chǎn)生H2，由于生成氫氣需克服的鍵能最低，所以最容易生成。換句話說，氫氣既是各種形式故障中最先產(chǎn)生的氣體，也是電力變壓器內(nèi)部氣體各組成中最早發(fā)生變化的氣體，所以若能找到一種對氫氣有一定的靈敏度、又有較好穩(wěn)定性的敏感元件，在電力變壓器運行中監(jiān)測油中氫氣含量的變化、及時預(yù)報，便能捕捉到早期故障。
    目前常用的氫敏元件有燃料電池或半導(dǎo)體氫敏元件。燃料電池是由電解液隔開的兩個電極所組成，由于電化學(xué)反應(yīng)，氫氣在一個電極上被氧化，而氧氣則在另一電極上形成。電化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的電流正比于氫氣的體積濃度（ppm）。半導(dǎo)體氫敏元件也有多種：例如采用開路電壓隨含氫量而變化的鈀柵極場效應(yīng)管，或用電導(dǎo)隨氫含量變化的以SnO2為主體的燒結(jié)型半導(dǎo)體。半導(dǎo)體氫敏元件造價較低，但準(zhǔn)確度往往還不夠滿意。
    不僅油中氣體的溶解度與溫度有關(guān)，在用薄膜作為滲透材料時，滲透過來的氣體也與溫度有關(guān)。因此進(jìn)行在線監(jiān)測時，宜取相近溫度下的讀數(shù)來作相對比較，或在系統(tǒng)中考慮到溫度補償。測得的氫氣濃度，一般在每天凌晨時測值處于谷底，而在中午時接近高峰。
    2.油中多種氣體的在線檢測
    監(jiān)測油中的氫氣可以診斷變壓器故障，但它不能判斷故障的類型。圖1-3給出了診斷變壓器故障及故障性質(zhì)的多種氣體在線檢測裝置。

 氣體分離單元包括不滲透油而只滲透各氣體成分的氟聚合物薄膜（PFA）、集存滲透氣體的測量管和裝在變壓器本體排油閥上改變氣流通過的六通控制閥，排油閥通常在打開位置。當(dāng)滲透時間相當(dāng)長時，則滲透氣體濃度與油中氣體濃度成正比。檢測單元通過一直通管與氣體分離單元相連，利用空氣載流型輕便氣相分析儀進(jìn)行管中各滲透組成氣體的定量測定，診斷單元包括信號處理、濃度分析和結(jié)果輸出等功能。

    用色譜柱進(jìn)行氣體分離后可測量出變壓器油中色譜圖（如圖1-4所示）。得到這些氣體的含量，就可根據(jù)比值準(zhǔn)則，利用計算機(jī)進(jìn)行故障分析，可以診斷變壓器中局部放電、局部過熱、絕緣紙過熱等故障。

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