变压器油中溶解气体检测方案(气相色谱仪)

Excellence in Science 岛津企业管理(中国)有限公司-分析中心Shimadzu (China) Co.， LTD.- Analytical Applications CenterEmail： sshzyan@shimadzu.com.cn Tel：86(21)34193996http：//www.shimadzu.com.cn 顶空气相色谱法分析变压器油中溶解气体 GC-191 摘要：本文采用岛津GC-2030 气相色谱仪建立了顶空进样分析变压器油中溶解气体的分析方法。该方法灵敏度高，TCD 检测器分析H2，方法检出限为30.28 uL/L； FID 检测器分析CzH2， 方法检出限为0.63 uL/L； 重复性好，低烃 RSD%<3%；使用顶空进样器，省去脱气步骤，简单快速。 关键词：气相色谱仪变压器油 顶空进样器 变压器是电力系统中最关键的设备之一，承担着电压变换、、电能分配和传输的任务。随着国民经济的快速增长，对供电的可靠性要求越来越高，作为供电核心设备的大型变压器的运行状况是直接关系到整个电网是否能够安全运行的关键所在。 变压器内部如果存在局部过热或者局部放电时，会造成变压器故障，影响正常供电，不同性质的故障，产生气体组分的特性不一样。例例局部放电产生氢，较高温度过热时产生甲烷和乙烯，当严重过热时也会产生少量的乙炔，电弧故障时产生乙炔和氢气。通过气相色谱分析变压器油中溶解的九种气体(包括甲烷、乙烯、乙烷、乙炔、氢气、氧气、氮气、一氧化碳、二氧化碳)的含量及通过分析这九种气体的变化趋势 实验部分 和其相互间的比例关系，就能够判断变压器的运行状况，从而对整个电网的安全运行起到监督检验的作用，避免因变压器的带病运行造成巨大的经济损失。 目前国内检测变压器油中溶解气体的一般步骤是，先振荡脱气然后取气手动进样进行气相色谱分析。操作从取样到分析完成中间步骤较多，容易引起各类误差。 本文采用岛津 GC-2030系统气相，建立了顶空进样变压器油溶解气体分析方法，将变压器油中溶解的甲烷、乙烯、乙烷、乙炔、氢气、氧气、氮气、一氧化碳、二氧化碳九种气体通过顶空进样，具有简单迅速、准确和自动化等特点。 岛津 GC-2030气相色谱仪， HS-20顶空进样器 1.2标准品的制备 由大连大特气体有限公司提供的标气： Hz1033 uL/L， 02 992 uL/L，N210%， CH4 50 uL/L， CO 200 pL/L，CO1019 uL/L， C2H4 50 pL/L， C2H650 pL/L， C2H2 50 uL/L， Ar 平衡气。制作标准曲线。 1.3顶空瓶预处理 取20ml顶空进样瓶，将铝帽与顶空瓶密封好，将两个18G1针插入瓶隔膜边缘不同位置，一个进气一个出气，进气针头靠近瓶底。用 20 mL/min 的 Ar 吹扫顶空瓶至少2min，先去掉气体出口的针再去掉气体进口的针。 1.4仪器标定 将两个针插入顶空瓶隔膜不同位置，一个进气一个出气，进气针头靠近瓶底。分别用以进标气和出标气，用20 mL/min 的标气吹扫每一个顶空瓶至少2 min， 将顶空瓶放置在顶空进样器中，按照1.3的仪器条件进行分析，绘制标准曲线。 1.5样品分析 用注射器将油样注入顶空瓶中，同时在顶空瓶的隔膜边缘插入针用以释放过高的Ar压力，向瓶中注射入15mL油样，拔出针筒，将顶空瓶放入顶空进样器，按照1.6设置的分析条件进样分析。 变压器油分析系统 HS-20顶空进样器 SYSTEM GC-2030 1.5分析条件 柱温程序：40℃(13min) MTN 温度：350℃ SPL 温度：150℃ FID温度：200℃ TCD温度：100℃80 mA 载气控制方式：恒压模式 分流比：3进样方式：顶空进样进样量：1mL阀箱温度：60℃色谱柱： Rt-Q-BOND 0.53 mm x 30 m x 20 umRt-Msieve 5A 0.53 mm x 30 m x 20 um 结果与讨论 2.1标气的色谱图 按照1.5分析标准气体，一次进样，同时使用两个检测器TCD(热导检测器)， FID(氢火焰离子化检测器)分析样品。H2、02、Nz由 TCD 进行检测；微量的 CO、CO，通过 MTN(甲烷转化炉)，转化为 CH后，由 FID检测；Cz 由 FID 进行检测分析。如下所示。 图2 TCD 通道色谱图一标气 图3 FID 通道色谱图一标气 表1组分名称、CAS号以及保留时间 No. 中文名称 英文名称 CAS 保留时间(min) 氢气 Hydrogen 1333-74-0 2.89 2 氧气 Oxygen 7782-44-7 3.55 3 氮气 Nitrogen 7727-37--9 4.76 4 二氧化碳 Carbon Dioxide 124-38-9 3.17 5 乙烯 Ethane 74-84-0 4.14 6 乙炔 Acetylene 74-86-2 4.36 乙烷 Ethylene 74-85-1 5.05 8 甲烷 Methane 74-82-8 6.51 9 一氧化碳 Carbon Monoxide 630-08-0 11.41 2.2油样顶空进样的色谱图 按照1.5的操作方法，对变压器油样品通过顶空进样器进样，按照1.6的分析条件，H2、02、N2由TCD进行检测；微量的 CO、CO，通过 MTN(甲烷转化炉)，转化为 CH4 后， 由 FID 检测； Cz由 FID 进行检测分析。如下所示。 图4 TCD 通道色谱图一变压器油样品 图5 FID 通道色谱图变变压器油样品 表2 组分名称、CAS号以及保留时间 No. 中文名称 英文名称 CAS 1 氢气 Hydrogen 1333-74-0 2 氧气 Oxygen 7782-44-7 3 氮气 Nitrogen 7727-37-9 4 二氧化碳 Carbon Dioxide 124-38-9 5 乙烯 Ethylene 74-85-1 6 乙炔 Acetylene 74-86-2 7 乙烷 Ethanes 74-84-0 8 甲烷 Methane 74-82-8 9 一氧化碳 Carbon Monoxide 630-08-0 利用顶空进样器进样分析气相部分气体的浓度，此时油中溶解气体在气、液两相中达到平衡，根据各组分气体分配系数，结合温度和压力等参数的校正后可以得出油中溶解气体的组分浓度。 2.2实验重复性和检出限 标样连续进样3次，考察仪器的重复性，实验测定结果见表2。根据标准示数据，计算气体组分的检出限(S/N=3)， 如表3所示。 表3 气体组分的峰面积重复性 RSD% (n=3)及检出限 No. 中文名称 面积 RSD% 检出限(uL/L) 1 氢气 3.81 30.28 2 氧气 3.43 227.33 3 氮气 2.46 107.0 4 二氧化碳 2.39 0.71 5 乙烯 2.76 0.53 6 乙炔 2.07 0.63 7 乙烷 2.32 0.67 8 甲烷 2.00 1.53 9 一氧化碳 2.92 2.28 结论 本文利用岛津 GC-2030 系统气相建立分析变压器油中溶解气体分析方法。该方法采用自动顶空进样，单阀多柱、多检测器毛细管柱系统，，一次进样可以同时完成变压器油中溶解气体组分(包括氢气、氧气、氮气、甲烷、一氧化碳、二氧化碳、乙烷、乙炔、乙烯)含量的全分析。同时还能兼顾手动进样分析，油样通过机械振荡法脱气后手动进样。本方法满足国家标准 GB/T 17623-2017《绝缘油中溶解气体组分含量的气相色谱测定法》。 岛津应用云 本文利用岛津GC-2030 系统气相建立分析变压器油中溶解气体分析方法。该方法采用自动顶空进样，单阀多柱、多检测器毛细管柱系统，一次进样可以同时完成变压器油中溶解气体组分（包括氢气、氧气、氮气、甲烷、一氧化碳、二氧化碳、乙烷、乙炔、乙烯）含量的全分析。同时还能兼顾手动进样分析，油样通过机械振荡法脱气后手动进样。本方法满足国家标准GB/T 17623-2017《绝缘油中溶解气体组分含量的气相色谱测定法》。