|
摘要：介紹了變壓器絕緣油氣體組分含量測試的新方法及其在銀川供電局的實際使用情況，分析光聲光譜測試技術(shù)的原理、儀器和測試效果，并根據(jù)使用經(jīng)驗給出了評價和建議。
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)備運行維護中一項重要的試驗方法，通過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)部存在的問題，是變壓器常規(guī)試驗中使用最頻繁而且最有效的一項試驗。氣相色譜法分析油中溶解的氣體是國家標準采用的唯一測試方法，誤差小，靈敏度高，是一種成熟的檢測手段。但該方法必須將油樣取回實驗室進行測試，中間環(huán)節(jié)較多，油中氣體容易溢散，測試過程本身也很長，不能盡快得到實驗結(jié)果。銀川供電局在2004年配備了英國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)修試公司近兩年時間的使用，檢測了上百臺1l0 kV及以下電壓等級變壓器色譜油樣，總體情況不錯。
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，從而可對紅外光源進行波長調(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。滿足上述兩個條件，即可將光聲效應(yīng)用于實際檢測儀器中。因此，通過選取適當?shù)牟ㄩL并結(jié)合檢測壓力波的強度，不僅可驗證某種氣體是否存在，更可確定其濃度，甚至對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，因此無需另外的脫氣裝置。油樣注入后，儀器開始對油樣進行電磁攪動使其中的溶解氣體不斷蒸發(fā)，同時使頂空內(nèi)的氣體在氣路內(nèi)循環(huán)。當氣液相濃度達到平衡狀態(tài)，儀器內(nèi)的PAS光聲光譜測量模塊對頂空內(nèi)的氣樣進行分析，并將最終得到的各氣體濃度結(jié)果顯示出來。測量模塊內(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入光聲光譜測量模塊。模塊中的的調(diào)制盤以恒定速率(30Hz)轉(zhuǎn)動產(chǎn)生頻閃效應(yīng)以便對光源進行頻率調(diào)制。在入射至光聲室之前，紅外輻射需透過一系列濾光片。不同的濾光片僅允許透射與某種分子光譜波長一致的光輻射，以便激發(fā)某種化合物分子。當氣態(tài)樣品注入光聲室后，記錄由微音器檢測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。
因為分析原理的巨大差距，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。儀器開發(fā)者做了大量的對比試驗，研究了需要測試的各類氣體組分的光聲光譜測試結(jié)果與色譜柱法測試結(jié)果的對應(yīng)關(guān)系，作出二者的關(guān)聯(lián)曲線，并將曲線存儲在分析儀內(nèi)，儀器自動將光聲光譜測試結(jié)果轉(zhuǎn)換為等同于色譜柱法測試結(jié)果的組分含量，并將最終結(jié)果顯示出來。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量范圍內(nèi)，測試結(jié)果與傳統(tǒng)方法測試結(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。在某些場合，例如CO及CO2的測量，Transport-X的性能甚至優(yōu)于氣相色譜儀。
2 實際應(yīng)用效果及事例
Transport-X儀器一體化設(shè)計，約重十公斤，攜帶方便，測試速度極快，無需預(yù)熱，每個油樣從油樣注入儀器到最終結(jié)果出來整個測試過程僅用時20 min，而傳統(tǒng)儀器算上預(yù)熱時間，測試一個油樣至少兩小時。因無需載氣瓶，所以不需補氣，也無其他附屬部件，人工抽油注入儀器后，儀器自動對氣體組分進行檢測，操作很方便，儀器內(nèi)有高壓泵，測試完畢后能對氣室進行自動清洗。從凱爾曼儀器資料上看，儀器對大多數(shù)氣體組分包括乙炔的檢測精度均為1ppm，相比傳統(tǒng)氣相色譜儀其精度略差。表1是Transport-X說明書提供的儀器測試范圍和最小檢測精度。從實際使用效果看，在氣體組分含量較高時，測試結(jié)果與色譜柱法臺式機結(jié)果比較吻合，在氣體組分含量在20ppm 以下時，誤差較大，但數(shù)據(jù)趨勢仍然是較好的。最大的問題是乙炔氣體的檢測精度太差，2～3個ppm 以下的乙炔基本無法檢出。
|
