一氣相色譜法的(de)原理(lǐ)色譜法又叫層析法，它是一種物(wù)理(lǐ)分(fēn)離技術。它的(de)分(fēn)離原理(lǐ)是使混合物(wù)中各組分(fēn)在兩相間進行分(fēn)配，其中一相是不動的(de)，叫做(zuò)固定相，另一相則是推動混合物(wù)流過此固定相的(de)流體，叫做(zuò)活動相。當活動相中所含的(de)混合物(wù)經過固定相時(shí)，就會與固定相發生相互作用(yòng)。由于各組分(fēn)在性質與結構上的(de)不同，相互作用(yòng)的(de)大(dà)小強弱也(yě)有差異。因此在同一推動力作用(yòng)下(xià)，不同組分(fēn)在固定相中的(de)滞留時(shí)間有長(cháng)有短，從而按先後秩序從固定相中流出，這(zhè)種借在兩相分(fēn)配原理(lǐ)而使混合物(wù)中各組分(fēn)獲得(de)分(fēn)離的(de)技術，稱爲色譜分(fēn)離技術或色譜法。當用(yòng)液體作爲活動相時(shí)，稱爲液相色譜，當用(yòng)氣體作爲活動相時(shí)，稱爲氣相色譜。

  色譜法具有：(1)分(fēn)離效能高(gāo)、(2)分(fēn)析速度快(kuài)、(3)樣品用(yòng)量少、(4)靈敏度高(gāo)、(5)适用(yòng)範圍廣等很多(duō)化(huà)學分(fēn)析法無可(kě)與之相比的(de)優點。

  氣相色譜法的(de)一般流程主要包括三部分(fēn)：載氣系統、色譜柱和(hé)檢測器。具體流程見下(xià)圖：當載氣攜帶著(zhe)不同物(wù)質的(de)混合樣品通(tōng)過色譜柱時(shí)，氣相中的(de)物(wù)質一部分(fēn)就要溶解或吸附到固定相内，随著(zhe)固定相中物(wù)質分(fēn)子的(de)增加，從固定相揮發到氣相中的(de)試樣物(wù)質分(fēn)子也(yě)逐漸增加，也(yě)就是說，試樣中各物(wù)質分(fēn)子在兩相中進行分(fēn)配，最後達到平衡。這(zhè)種物(wù)質在兩相之間發生的(de)溶解和(hé)揮發的(de)過程，稱分(fēn)配過程。分(fēn)配達到平衡時(shí)，物(wù)質在兩相中的(de)濃度比稱分(fēn)配系數，也(yě)叫平衡常數，以K表示，K=物(wù)質在固定相中的(de)濃度/物(wù)質在活動相中的(de)濃度，在恒定的(de)溫度下(xià)，分(fēn)配系數K是個(gè)常數。

  由此可(kě)見，氣相色譜的(de)分(fēn)離原理(lǐ)是利用(yòng)不同物(wù)質在兩相間具有不同的(de)分(fēn)配系數，當兩相作相對(duì)運動時(shí)，試樣的(de)各組分(fēn)就在兩相中經反複多(duō)次地分(fēn)配，使得(de)原來(lái)分(fēn)配系數隻有微小差别的(de)各組分(fēn)産生很大(dà)的(de)分(fēn)離效果，從而将各組分(fēn)分(fēn)離開來(lái)。然後再進進檢測器對(duì)各組分(fēn)進行鑒定。

   氣相色譜分(fēn)析儀充分(fēn)利用(yòng)這(zhè)一原理(lǐ)，能夠快(kuài)速、高(gāo)效、正确地分(fēn)析出變壓器油中氣體的(de)組分(fēn)及其含量，根據這(zhè)些氣體的(de)組分(fēn)類型及其含量，我們就可(kě)以正确地分(fēn)析、判定變壓器是否存在故障、故障的(de)性質以及故障的(de)大(dà)緻部位。

  二變壓器的(de)故障産生的(de)氣體及故障類型1變壓器盡緣材料産生的(de)氣體組分(fēn)油和(hé)固體盡緣材料在電或熱(rè)的(de)作用(yòng)下(xià)分(fēn)解産生的(de)各種氣體中，對(duì)判定故障有價值的(de)氣體有甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、氫、一氧化(huà)碳、二氧化(huà)碳。正常運行的(de)老化(huà)過程産生的(de)氣體主要是一氧化(huà)碳和(hé)二氧化(huà)碳。在油紙盡緣存在局部放電時(shí)，油裂解産生的(de)氣體主要是氫和(hé)甲烷。在故障溫度高(gāo)于正常運行溫度未幾時(shí)，産生的(de)氣體主要是甲烷。随著(zhe)故障溫度的(de)升高(gāo)，乙烯和(hé)乙烷逐漸成爲主要特征。在溫度高(gāo)于1000℃時(shí)，例如在電弧弧道溫度(3000℃以上)的(de)作用(yòng)下(xià)，油裂解産生和(hé)氣體中含有較多(duō)的(de)乙炔。假如故障涉及到固體盡緣材料時(shí)，會産生較多(duō)的(de)一氧化(huà)碳和(hé)二氧化(huà)碳。

   盡緣油和(hé)盡緣材料在不同溫度和(hé)能量作用(yòng)下(xià)主要産生的(de)氣體組分(fēn)，回納如下(xià)：
  1)在140℃以下(xià)時(shí)有蒸發汽化(huà)和(hé)較緩慢(màn)的(de)氧化(huà)。

  2)盡緣油在140℃到500℃時(shí)油分(fēn)解主要産生烷類氣體，其中主要是甲烷和(hé)乙烷，随溫度的(de)升高(gāo)(500℃以上)油分(fēn)解急劇地增加，其中烯烴和(hé)氫增加較快(kuài)，乙烯尤爲明(míng)顯，而溫度(約800℃左右)更高(gāo)時(shí)，還(hái)會産生乙炔氣體。

  3)油中存在電弧時(shí)(溫度超過1000℃，使油裂解的(de)氣體大(dà)部分(fēn)是乙炔和(hé)氫氣，并有一定的(de)甲烷和(hé)乙烯等。

4)設備在運行中，由于負荷變化(huà)所引起的(de)熱(rè)脹和(hé)冷(lěng)縮，用(yòng)泵循環油所引起的(de)湍流，以及鐵芯的(de)磁滞伸縮效應所引起的(de)機械振動等，都會導緻形成空穴和(hé)油開釋溶解氣體。假如産生的(de)氣泡集在設備盡緣結構的(de)高(gāo)電壓應力區(qū)域内，在較高(gāo)電場(chǎng)下(xià)會引起氣隙放電(一般稱爲局部放電)，而放電本身又能進一步引起油的(de)分(fēn)解和(hé)四周的(de)固體盡緣材料的(de)分(fēn)解，而産生氣體，這(zhè)些氣體在電應力作用(yòng)下(xià)會更有利于放電産生氣體。這(zhè)種放電使油分(fēn)解産生的(de)氣體主要是氫和(hé)少量甲烷氣體。

  5)固體盡緣材料，在較低溫度(140℃以下(xià))長(cháng)期加熱(rè)時(shí)，将逐漸地老化(huà)變質産生氣體，其中主要是一氧化(huà)碳和(hé)二氧化(huà)碳，且後者是主要成分(fēn)。

  6)固體盡緣材料在高(gāo)于200℃作用(yòng)下(xià)，除産生碳的(de)氧化(huà)物(wù)之外，還(hái)分(fēn)解有氫、烴類氣體，溫度不同，一氧化(huà)碳和(hé)二氧化(huà)碳的(de)比值有所不同，這(zhè)一比值在低溫時(shí)小而高(gāo)溫時(shí)大(dà)。

  7)鐵鋼等金屬材料起催化(huà)作用(yòng)，水(shuǐ)與鐵反應産生氫氣。此外，奧氏不鏽鋼材能蘊躲氫，與盡緣油接觸開釋出來(lái)溶解于油中。

   有時(shí)設備内并不存在故障，而由于其他(tā)原因，在油中也(yě)會出現上述氣體，要留意這(zhè)些可(kě)能引起誤判定的(de)氣體來(lái)源。例如：有載調壓變壓器中切換開關油室的(de)油向變壓器本體滲漏或某種範圍開關動作時(shí)懸浮電位放電的(de)影(yǐng)響：設備曾經有過故障，而故障排除後盡緣油未經徹底脫氣，部分(fēn)殘餘氣體仍留在油中;設備油箱曾帶油補焊;原注進的(de)油就含有某幾種氣體等。還(hái)應留意油冷(lěng)卻系統附屬設備(如潛油泵，油流繼電器等)的(de)故障産生的(de)氣體也(yě)會進進到變壓器本體的(de)油中。運行中設備内部油中氣體含量超過下(xià)表所列數值時(shí)，應引起留意。

  僅僅根據分(fēn)析結果的(de)盡對(duì)值是很難對(duì)故障的(de)嚴重性作出正确判定的(de)，必須考察故障的(de)發展趨勢，也(yě)就是故障點(假如存在的(de)話(huà))的(de)産氣速率。産氣速率是與故障消耗能量大(dà)小、故障部位、故障點的(de)溫度等情況直接有關的(de)。如總烴的(de)相對(duì)産氣速率大(dà)于10%時(shí)應引起留意。

  2對(duì)一氧化(huà)碳和(hé)二氧化(huà)碳的(de)判定當故障涉及到固體盡緣時(shí)會引起一氧化(huà)碳和(hé)二氧化(huà)碳含量的(de)明(míng)顯增長(cháng)。但根據現有統計資料，固體盡緣的(de)正常老化(huà)過程與故障情況下(xià)劣化(huà)分(fēn)解，表現在油中一氧化(huà)碳的(de)含量上，一般情況下(xià)沒有嚴格的(de)界限，二氧化(huà)碳含量的(de)規律更不明(míng)顯。因此，在考察這(zhè)兩種氣體含量時(shí)更應結合具體變壓器的(de)結構特點(如油保護方式)、運行溫度、負荷情況、運行曆史等情況加以綜合分(fēn)析。

   對(duì)開放式變壓器一氧化(huà)碳含量一般在300ppm以下(xià)。如總烴含量超出正常範圍，而一氧化(huà)碳含量超過300ppm，應考慮有涉及到固體盡緣過熱(rè)的(de)可(kě)能性;如一氧化(huà)碳含量固然超過300ppm，但總烴含量在正常範圍，一般可(kě)以爲是正常的(de);對(duì)某些有雙餅式線圈帶附加外包盡緣的(de)變壓器，當一氧化(huà)碳含量超過300ppm時(shí)，即使總烴含量正常，也(yě)可(kě)能有固體盡緣過熱(rè)故障。

   對(duì)貯油櫃中帶有膠囊或隔膜的(de)變壓器，油中一氧化(huà)碳含量一般均高(gāo)于開放式變壓器。

   突發性盡緣擊穿事故時(shí)，油中溶解氣體中的(de)一氧化(huà)碳、二氧化(huà)碳含量不一定高(gāo)，應結合氣體繼電器中的(de)氣體分(fēn)析作判定。

   3變壓器等充油設備内部發生故障的(de)部位了(le)解變壓器内部可(kě)能發生的(de)故障類型，對(duì)氣相色譜分(fēn)析結果定論時(shí)有很大(dà)的(de)幫助，變壓器等充油設備内部發生故障的(de)部位主要回納爲：1)過熱(rè)故障發生的(de)部位①過熱(rè)性故障在變壓器内常發生的(de)部位主要爲：載流導線和(hé)接頭不良引起的(de)過熱(rè)故障。如分(fēn)接開關消息觸頭接觸不良、引線接頭虛焊、線圈股間短路、引線過長(cháng)或包紮盡緣損傷引起導體間相接産生環流發熱(rè)，超負荷運行發熱(rè)、線圈盡緣膨脹、油道堵塞而引起的(de)散熱(rè)不良等。另一種是磁路故障，如鐵芯多(duō)點接地、鐵芯片間短路、鐵芯與穿芯螺釘短路、漏磁引起的(de)油箱、夾件、壓環等局部過熱(rè)。

   ②過熱(rè)性故障占少油設備(互感器和(hé)電容套管)故障比例較少，發生的(de)部位主要爲：電流互感器的(de)一次引線緊固螺母松動，分(fēn)流比抽頭緊固螺母松動等;電容套管的(de)穿纜線鼻與引線接頭焊接不良，導管與将軍帽等連接螺母配合不當等。

   2)放電故障發生的(de)部位①高(gāo)能量放電(電弧放電)在變壓器、套管、互感器内均有發生。引起電弧放電故障原因通(tōng)常是線圈匝層間盡緣擊穿，過電壓引起内部閃絡，引線斷裂引起的(de)閃弧，分(fēn)接開關飛(fēi)弧和(hé)電容屏擊穿等。這(zhè)種故障氣體産生劇烈、産氣量大(dà)，故障氣體往往來(lái)不及溶解于油而聚集到氣體繼電器引起瓦斯動作。

   ②低能量放電一般是火花放電，是一種間歇性的(de)放電故障，在變壓器、互感器、套管中均有發生。不同電位的(de)導體與導體、盡緣體與盡緣體之間以及不固定電位的(de)懸浮體，在電場(chǎng)極不均勻或畸變以及感應電位下(xià)，都可(kě)能引起火花放電。

  ③局部放電是指油和(hé)固體盡緣中的(de)氣泡和(hé)尖端，因耐壓強度低，電場(chǎng)集中發生的(de)局部放電。這(zhè)種放電不斷蔓延與發展，會引起盡緣的(de)損傷(碳化(huà)痕迹或穿孔)。如電流互感器和(hé)電容套管的(de)電容芯繞包工藝不良或真空幹燥工藝不良等，都會造成局部放電。

三診斷變壓器等充油設備内部的(de)潛伏性故障在診斷變壓器等充油設備内部的(de)潛伏性故障時(shí)，應綜合考慮以下(xià)三個(gè)方面的(de)因素，做(zuò)到正确判定變壓器的(de)故障類型及故障的(de)大(dà)緻部位：1故障下(xià)産氣的(de)累計性充油電氣設備的(de)潛伏性故障所産生的(de)可(kě)燃性氣體大(dà)部分(fēn)會溶解于油。随著(zhe)故障的(de)持續，這(zhè)些氣體在油中不斷積累，直至飽和(hé)甚至析出氣泡。因此，油中故障氣體的(de)含量及其累計程度是診斷故障的(de)存在與發展情況的(de)一個(gè)依據。

2故障下(xià)産氣的(de)速率正常情況下(xià)充油電氣設備在熱(rè)和(hé)電場(chǎng)的(de)作用(yòng)下(xià)也(yě)會老化(huà)分(fēn)解出少量的(de)可(kě)燃性氣體，但産氣速率很緩慢(màn)。當設備内部存在故障時(shí)，就會加快(kuài)這(zhè)些氣體的(de)産氣速率。因此，故障氣體的(de)産氣速率，也(yě)是診斷故障的(de)存在與發展程度的(de)另一個(gè)依據。

3故障下(xià)産氣的(de)特征性變壓器内部在不同故障下(xià)産生的(de)氣體有不同的(de)特征。例如局部放電時(shí)總會有氫;較高(gāo)溫度的(de)過熱(rè)時(shí)總會有乙烯;而電弧放電時(shí)也(yě)總會有乙炔。因此，故障下(xià)産氣的(de)特征性是診斷故障性質的(de)又一個(gè)依據。

四氣相色譜分(fēn)析運用(yòng)舉例例1：利用(yòng)色譜分(fēn)析結果判定出變壓器存在放電現象2001年底，新廠區(qū)3#鍋爐靜電除塵器l#電場(chǎng)的(de)電壓升不起來(lái)，正常時(shí)應該升到4～7萬伏，因該電場(chǎng)電壓升不到要求範圍内，除塵效率嚴重下(xià)降。

   對(duì)于這(zhè)個(gè)故障的(de)處理(lǐ)過程是：我們首先檢查了(le)控制電路，在排除控制電路的(de)因素後，然後把留意力集中到靜電除塵器的(de)升壓變壓器上。因該變壓器内部裝有高(gāo)壓矽堆、均壓電阻、電容和(hé)取樣電路，且均浸沒在變壓油中，結構特殊，屬于特種變壓器，不答(dá)應随便拆開。爲了(le)正确判定故障，首先對(duì)其進行了(le)常規檢測，包括變壓器直流電阻、盡緣電阻等項目的(de)檢測，沒有發現題目，于是采用(yòng)氣相色譜分(fēn)析法作進一步測試診斷。

我們取該台變壓器油樣後拿到色譜分(fēn)析儀上進行分(fēn)析，測出樣品中溶解氣體的(de)成分(fēn)和(hé)含量如下(xià)表所示：從表中數據可(kě)以看出，該變壓器油中氣體的(de)總烴含量大(dà)大(dà)超過留意值150ppm，且烴類氣體爲主要成分(fēn)，乙炔含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過5ppm的(de)留意值，但因氫氣和(hé)甲烷的(de)含量很少，造成烴類氣體含量較高(gāo)的(de)原因，可(kě)能是由于變壓器存在長(cháng)時(shí)間的(de)間隙性放電造成的(de)。根據前述理(lǐ)論，判定該變壓器存在嚴重的(de)金屬性電弧放電現象，應立即停運并建議(yì)吊芯檢查。

事後修理(lǐ)職員(yuán)對(duì)該升壓變壓器進行吊芯檢驗，箱蓋上孔蓋一打開，就有刺鼻的(de)氣味溢出，變壓器芯子吊出箱體，整個(gè)芯子象塗上一層墨，那是由于電弧放電裂解變壓油産生的(de)積碳附著(zhe)在鐵芯繞組和(hé)矽堆上形成的(de)。用(yòng)變壓油反複沖洗，經細心檢查，發現該變壓器确實存在電弧放電現象，故障部位位于高(gāo)壓線圈引出線與高(gāo)壓套管螺杆的(de)連接處。由于該變壓器結構的(de)特殊性，廠家爲了(le)裝配方便，把高(gāo)壓引出線通(tōng)過一個(gè)馬鞍型卡子與穿牆螺杆作接觸性連接，由于長(cháng)時(shí)間的(de)運行，這(zhè)個(gè)連接點出現了(le)松動，造成接觸不良，使變壓器長(cháng)時(shí)間處于電弧放電的(de)情況下(xià)運行，馬鞍型銅卡子已燒蝕了(le)一個(gè)不規則的(de)洞。題目找到後我們對(duì)其進行了(le)改進，取消了(le)馬鞍型卡子，直接将高(gāo)壓引線用(yòng)螺栓緊壓在穿牆螺杆上，在進行了(le)一系列檢驗後，将芯子重新裝回箱體并更換了(le)變壓器油，完畢通(tōng)電試運行，一切正常。

  例2：利用(yòng)色譜分(fēn)析結果判定出變壓器存在過熱(rè)現象今年2月(yuè)份，根據運行職員(yuán)反映，新廠區(qū)4#鍋爐靜電除塵器2#電場(chǎng)無法運行，隻要一開機，高(gāo)壓控制櫃的(de)電源開關就跳閘，微機顯示爲過活動作。

   接到反映後，我們配合運行職員(yuán)一起檢查了(le)所有控制線路、主電源回路、電場(chǎng)内部的(de)所有控制電路，均沒有發現題目，最後斷定題目隻可(kě)能出在變壓器本身，于是拆除變壓器的(de)高(gāo)低壓引線，對(duì)變壓器進行常規的(de)檢測，盡緣電阻正常，直流電阻也(yě)正常，也(yě)沒有發現題目。再進行第二步變壓油色譜分(fēn)析來(lái)幫助檢查。

  取回變壓器油樣後，我們将其放到氣相色譜分(fēn)析儀上進行分(fēn)析，結果令我們大(dà)吃(chī)一驚，其分(fēn)析結果如下(xià)表所示：從表中數據可(kě)以看出，因其乙炔含量爲0ppm，基本上可(kě)以斷定變壓器不存在放電現象，但烷類及烴類氣體含量非常高(gāo)，總烴含量是留意值150ppm的(de)100多(duō)倍，且乙烷及乙烯是總烴的(de)主要成分(fēn)，二氧化(huà)碳含量也(yě)非常高(gāo)。由此可(kě)以判定該變壓器存在嚴重的(de)過熱(rè)故障，過熱(rè)使固體盡緣材料分(fēn)解出上述氣體，故障點溫度大(dà)概爲：322Log(6887。47/7014。92)+525=520℃。故建議(yì)該電場(chǎng)不得(de)投運并立即吊芯檢查，以免使故障擴大(dà)。

接下(xià)來(lái)對(duì)該變壓器進行了(le)吊芯檢查，整個(gè)鐵芯吊出來(lái)後，立即可(kě)看到有一個(gè)線圈的(de)盡緣材料已有被燒焦的(de)痕迹，故障爲低壓線圈匝間短路，因存在短路故障造成很大(dà)的(de)短路電流，故該電場(chǎng)一開機電源開關就跳閘。回想吊芯前的(de)檢測，未發現題目的(de)原因在于，低壓線圈固然是匝間短路，但未造成低壓線圈對(duì)高(gāo)壓線圈、及低壓線圈對(duì)地短路，故盡緣電阻測試正常。按理(lǐ)說線圈匝間短路變壓器的(de)直流電阻應降低，但是由于該線圈本身的(de)電阻值就很小，部分(fēn)線圈匝間短路後其直流電阻變化(huà)不明(míng)顯，故造成直流電阻也(yě)正常的(de)假象，所以測變壓器直流電阻時(shí)沒有發現題目。

  因該變壓器線圈繞組盡緣燒壞，維修較困難且修理(lǐ)用(yòng)度比較貴，已不值得(de)再修理(lǐ)，故最後決定更換新的(de)變壓器。

  六總結在用(yòng)氣相色譜連續檢測充油電氣設備内部故障的(de)過程中，假如發現油中各種氣體的(de)含量中有一項達到了(le)留意值範圍時(shí)，應開始引起留意，采取措施進行其它電氣試驗等，以便對(duì)設備有無異常作出分(fēn)析和(hé)判定。當試驗結果中一項超過留意值上限時(shí)，應采取措施，盡早停止運行，并用(yòng)其它試驗進行驗證，進一步找出故障點，防止重大(dà)事故的(de)發生。

   用(yòng)氣相色譜法對(duì)充油電氣設備油中氣體含量的(de)分(fēn)析，能判明(míng)設備存在的(de)故障，更重要的(de)是分(fēn)析判定故障的(de)性質，是過熱(rè)性故障還(hái)是放電性故障及故障的(de)大(dà)概部位是在裸金屬部分(fēn)還(hái)是參與了(le)固體盡緣，從而進一步估計故障的(de)危害性，以便及時(shí)采取措施，作出正确處理(lǐ)，防患于未然。

  綜上所述，利用(yòng)氣相色譜分(fēn)析變壓器油的(de)氣體組分(fēn)及其含量，能夠使技術職員(yuán)充分(fēn)把握并監測變壓器的(de)運行狀态，能夠提前知道變壓器内部是否存在潛伏性故障，即在變壓器運行中(不停電、不吊芯的(de)情況下(xià))，通(tōng)過常規檢測及色譜分(fēn)析就可(kě)以把變壓器内有無故障、有什(shén)麽樣性質的(de)故障診斷出來(lái)，這(zhè)對(duì)于變壓器的(de)維護保養起到關鍵性的(de)指導作用(yòng)，從而更好地保證電力系統的(de)安全運行。