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(lái)診斷設(shè)備的異?，F(xiàn)象。例如當(dāng)充油電氣設(shè)備內(nèi)部發(fā)生局部過(guò)熱、局部放電等異?，F(xiàn)象時(shí)，發(fā)熱源附近的絕緣油及固體絕緣（壓制板、絕緣紙等）就會(huì)發(fā)生過(guò)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(wú)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(xiàn)監(jiān)測(cè)的原理框圖。

    進(jìn)行氣相色譜分析，首先要從運(yùn)行狀態(tài)下的充油電氣設(shè)備中取油樣，取樣方法和過(guò)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(huì)使試驗(yàn)結(jié)果發(fā)生一倍以上的偏差。因此，在IEC和國(guó)內(nèi)有關(guān)部門(mén)的規(guī)定中都要求取樣過(guò)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(lái)。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(shí)再加入惰性氣體（不同于油中含有的待測(cè)氣體），在一定溫度下經(jīng)過(guò)充分振蕩，使油中溶解的氣體與油達(dá)到兩相動(dòng)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(cè)曲線(xiàn)的人工修正法也會(huì)加大誤差，從取油樣到實(shí)驗(yàn)室分析，作業(yè)程序復(fù)雜，花費(fèi)的時(shí)間和費(fèi)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(cè)周期長(zhǎng)，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛伏性故障和有效的跟蹤發(fā)展趨勢(shì)；因受其設(shè)備費(fèi)用和技術(shù)力量的限制，不可能每個(gè)電站都配備油色譜分析儀，運(yùn)行人員無(wú)法隨時(shí)掌握和監(jiān)視本站變壓器的運(yùn)行狀況，從而會(huì)加大事故率。因此，國(guó)內(nèi)外不僅要定期作以預(yù)防性試驗(yàn)為基礎(chǔ)的預(yù)防性檢修，而且相繼都在研究以在線(xiàn)監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ)的預(yù)知性檢修策略，以便實(shí)時(shí)或定時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)與診斷潛伏性故障或缺陷。
    絕緣油氣相色譜在線(xiàn)監(jiān)測(cè)主要解決油氣分離問(wèn)題，目前在線(xiàn)監(jiān)測(cè)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(cè)量管和裝在變壓器本體放油閥上變換氣流通過(guò)的六通閥以及電動(dòng)設(shè)備；氣體監(jiān)測(cè)包括分離混合氣體的氣體分離柱及監(jiān)測(cè)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(dòng)控制以及輔助電路設(shè)施。
    二、油色譜傳感器簡(jiǎn)介
    為了解決油色譜氣相分析在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，近年來(lái)研究出了各種滲透性薄膜，把它裝在被測(cè)設(shè)備的油道中，可以把不同氣體滲透出來(lái)，再通過(guò)各種傳感器，分別監(jiān)測(cè)不同的氣體。最簡(jiǎn)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(dú)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(cè)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(cè)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?dú)怏w之一，可作為監(jiān)測(cè)分析絕緣材料異?，F(xiàn)象的依據(jù)之一，但僅憑H2的測(cè)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(cè)和診斷，還需要測(cè)量CO2、CH4、C2H2、C2H4和C2H6等氣體，特別是某種表征異常狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的特征氣體。這就需要研究能滲透過(guò)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(cè)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(lái)測(cè)定氣體含量，由此可構(gòu)成直接測(cè)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(wú)異?！，F(xiàn)在各個(gè)領(lǐng)域不斷地在開(kāi)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(huì)出現(xiàn)更好、更可靠的油中氣體自動(dòng)分析裝置。
    三、絕緣油溶解氣體的在線(xiàn)檢測(cè)
    1.油中氫氣的在線(xiàn)檢測(cè)
    不論是放電性故障還是過(guò)熱性故障都會(huì)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(huà)說(shuō)，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(duì)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(yùn)行中監(jiān)測(cè)油中氫氣含量的變化、及時(shí)預(yù)報(bào)，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(kāi)的兩個(gè)電極所組成，由于電化學(xué)反應(yīng)，氫氣在一個(gè)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(kāi)路電壓隨含氫量而變化的鈀柵極場(chǎng)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(jià)較低，但準(zhǔn)確度往往還不夠滿(mǎn)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(shí)，滲透過(guò)來(lái)的氣體也與溫度有關(guān)。因此進(jìn)行在線(xiàn)監(jiān)測(cè)時(shí)，宜取相近溫度下的讀數(shù)來(lái)作相對(duì)比較，或在系統(tǒng)中考慮到溫度補(bǔ)償。測(cè)得的氫氣濃度，一般在每天凌晨時(shí)測(cè)值處于谷底，而在中午時(shí)接近高峰。
    2.油中多種氣體的在線(xiàn)檢測(cè)
    監(jiān)測(cè)油中的氫氣可以診斷變壓器故障，但它不能判斷故障的類(lèi)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(xiàn)檢測(cè)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(cè)量管和裝在變壓器本體排油閥上改變氣流通過(guò)的六通控制閥，排油閥通常在打開(kāi)位置。當(dāng)滲透時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)，則滲透氣體濃度與油中氣體濃度成正比。檢測(cè)單元通過(guò)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(cè)定，診斷單元包括信號(hào)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(cè)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(jì)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(guò)熱、絕緣紙過(guò)熱等故障。

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