油溶解氣色譜法(簡稱油色譜法)是一種通過檢測溶解在絕緣油內(nèi)所溶解氣體成分間接對(duì)電氣設(shè)備內(nèi)部故障判斷的一種方法。這種方法適用于使用礦物絕緣油作為絕緣材料的電氣設(shè)備。常見設(shè)備如變壓器及附屬套管、PT、CT、油浸式電抗器等。其主要檢測氣體為H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO、CO2等。

(一)絕緣油中氣體的產(chǎn)生

電氣設(shè)備中的絕緣油一般是礦物油，是石油的一種分餾產(chǎn)品，其主要成分是烷烴，環(huán)烷烴和烴，以及一部分芳香族不飽和烴等化合物。呈淺黃色，相對(duì)密度0.895,凝固點(diǎn)<-45℃。

絕緣油分子中含有大量的甲基(-CH3 )，亞甲基(-CH2- )，乙基(-C2H5 )，異丁烯(-CH2CH)等多種基團(tuán)組成。各種基團(tuán)之間通過碳碳間化學(xué)鍵(單鍵、雙鍵、三鍵)相連。當(dāng)局部放電或其他故障引起的放電、熱量等外部施加能量大于其鍵能時(shí)就會(huì)引起某些“碳-碳”或“碳-氫”間化學(xué)鍵發(fā)生斷裂，產(chǎn)生自由的氫離子和其他多種碳?xì)浠衔锘鶊F(tuán)，同時(shí)短時(shí)間內(nèi)這些氫離子及化學(xué)基團(tuán)再次發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成分子量更小的碳?xì)浠衔锖蜕倭康臍錃?。由于前者的分解反?yīng)十分復(fù)雜其最終產(chǎn)物也有多種包括H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO、CO2甚至碳單質(zhì)。

在局部放電發(fā)生初期，由于所釋放的能量相對(duì)較小，僅能使“碳-氫”鍵(鍵能：338千焦/摩爾)斷裂，主要產(chǎn)物為氫氣。隨著故障的發(fā)展如果所釋放能量達(dá)到“碳-碳”(鍵能：607千焦/摩爾)、“碳=碳”鍵(鍵能：720千焦/摩爾)、“碳三碳”(鍵能：960千焦/摩爾)斷裂的條件就會(huì)產(chǎn)生其他的碳?xì)浠衔铩?/span>

上表列出的是故障氣體的產(chǎn)生和故障溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，其中乙烯主要是在500-750℃條件下生成，乙炔的產(chǎn)生溫度則達(dá)到800-1200℃。絕緣油在各類反應(yīng)過程中通常都伴生少量的CO和CO2，在密閉的環(huán)境中這兩種氣體可長期積累，成為檢出量最多的氣體成分。

實(shí)際工作現(xiàn)場如果發(fā)出輕瓦斯動(dòng)作信號(hào)可在氣體繼電器或者油枕膠囊內(nèi)取氣進(jìn)行分析，進(jìn)而對(duì)變壓器內(nèi)部故障進(jìn)行判斷。

(二)油色譜法原理

廣泛使用的氣相色譜法屬于對(duì)溶解氣體的物理分離方法，這種方法是利用不同氣體的沸點(diǎn)，極性或者吸附性不同，在流動(dòng)相和固定相之間存在的分配系數(shù)差，使得被測混合氣體在流動(dòng)過程中在兩相間進(jìn)行多次分配，從而使各種氣體得到分離。

其分析流程為：從絕緣油中取出的混合氣體與惰性氣體(不與任何氣體發(fā)生反應(yīng)，流動(dòng)相)混合后進(jìn)入色譜柱，色譜柱內(nèi)事先準(zhǔn)備有液體或固體溶劑(固定相)，由于混合氣體的物理特性(密度、熔沸點(diǎn)等)和化學(xué)特性(極性等)不相同因此在各種溶劑中由于濃度差引起的擴(kuò)散、溶解的速度也不同，這就造成混合氣體中不同成分在色譜柱中整體的移動(dòng)速度存在差異性，經(jīng)過在色譜柱中兩相間的多次分配，其中分配系數(shù)較小的氣體會(huì)較快的通過色譜柱，分配系數(shù)較大的氣體會(huì)較慢的通過色譜柱，當(dāng)色譜柱足夠長時(shí)就可以將混合氣體按照成分進(jìn)行分離，分離出的氣體分別進(jìn)入檢測儀器就可以分析出混合氣體中的成分及含量。下圖是混合氣體在色譜儀中的分離過程。

氣相法混合氣體在色譜柱中分離過程

氣相色譜分析儀

(三)油色譜法檢測流程(氣象色譜法)

主要檢測流程：
1. 取氣，從絕緣油中分離出待測氣體;
2. 充氣，利用高壓氣瓶將惰性氣體(載氣)充入氣路控制系統(tǒng)，并調(diào)節(jié)壓力至所需值;
3. 充入待測氣體，將待測氣體通過“進(jìn)樣裝置”帶入色譜儀;
4. 分析，待測氣體通過色譜儀后分離成不同組分的氣體依次進(jìn)入檢測器;
5. 讀數(shù)，分組氣體進(jìn)入檢測器后經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理得到每種氣體的組分含量。
6. 故障研判，根據(jù)氣體組分含量判斷重游設(shè)備內(nèi)部故障種類。

(四)油色譜法檢測適用范圍(氣象色譜法)

近幾年電力公司電氣試驗(yàn)專業(yè)在進(jìn)行變壓器例行檢查時(shí)普遍使用氣相色譜法，其優(yōu)點(diǎn)有：氣體分離徹底，速度快，區(qū)分度高，只需少量氣體樣品即可完成試驗(yàn)。此外在注油電壓互感器(PT)、電流互感器(CT)、套管、油浸式電抗器、電容器的局部放電檢查過程中也有廣泛的應(yīng)用。