一種新的礦物油中溶解氣體分析的氣相色譜檢測方法
2023-05-29 02:21:41 1
一種新的礦物油中溶解氣體分析的氣相色譜檢測方法
【專利摘要】一種用於充油電力設備礦物絕緣油中溶解氣體分析的氣相色譜檢測方法，採用雙柱並聯-串聯切換，雙通道微型熱導檢測器分析的儀器系統。系統中設置一個十通閥，同時實現進樣和雙柱串並切換的功能。具體分析過程為：基線狀態時，定量環充入樣品氣，載氣分兩路分別流經A柱和B柱，兩柱為並聯狀態。進樣時，轉動十通閥，定量環接入載氣迴路，同時A柱和B柱實現串聯，H2，O2，CO，CH4在A柱進行初步分離後進入B柱前面的延遲單元。之後十通閥恢復初始狀態，A柱和B柱為並聯狀態，CO2，C2H4，C2H6，C2H2在A柱上分離後在A通道出峰，隨後從延遲單元出來的H2，O2，CO，CH4在B柱上分離後在檢測器的B通道上出峰。
【專利說明】一種新的礦物油中溶解氣體分析的氣相色譜檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種氣相色譜檢測設備和電力設備故障檢測技術類，特別是一種用於充油電氣設備礦物絕緣油中溶解氣體分析的氣相色譜檢測方法。
【背景技術】
[0002]目前，電力系統一般採用絕緣油定期監督實驗來保證變壓器等電力設備的安全運行。對變電站、電廠等內部的大型充油電氣設備的絕緣油進行氣相色譜分析一般需要在專門的實驗室進行，首先需要先到設備的運行現場(如發電廠、變電站)取回油樣，再通過實驗室離線色譜儀進行分析。離線色譜儀一般採用三檢測器技術(雙氫火焰離子化檢測器和單熱導檢測器)，使用並聯分流進樣方式。上述分析系統在離線定期檢測中應用廣泛，但隨著電力系統檢修模式的轉變，在線監測、狀態檢修、智能化變電站是未來的發展趨勢，所以發展適於現場檢測和在線應用的色譜技術是電力系統發展的方向。然而，如果將上述分析技術直接進行在線和現場應用，則將存在諸多問題。
[0003]首先，整個過程中油樣需要運輸，分析周期比較長，期間氣體可能逸散，尤其是像h2等低分子量氣體，非常容易從油中析出，從而導致測量結果不準確。其次，上述雙檢測器技術離線色譜儀需要n2，h2，空氣三種氣源，氫火焰離子化檢測器需要點火才能使用，應用在變電站現場時存在安全隱患，不適合進行在線應用。並且並聯分流進樣方式需要通過手動操作，難以保證每次操作時的分流比相同，也會影響分析結果的準確性。此外，三檢測器技術的氣相色譜儀體積龐大，比較笨重，維護起來比較麻煩。
[0004]綜上所述，如何在簡化系統原理與結構、降低重量、降低成本的基礎上提出一種重複性、準確性和靈敏度符合中國國家標準和電力行業標準，能夠同時用於現場檢測和適合實驗室檢測，適合於大規模推廣的氣相色譜檢測方法就成為電力科研工作者的一個重要課題。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是克服上述三檢測器分析系統的硬體結構複雜、自動化程度不高、難以現場應用等不足，提供一種單一載氣(99.9999%的高純氦氣)、自動進樣、單檢測器分析的完成絕緣油中溶解氣體分析的氣相色譜法，即一種硬體結構簡單，自動化程度高，重複性、準確性和靈敏度滿足在線應用要求，有利於電力行業大規模推廣的氣相色譜檢測方法。
[0006]進一步，這種用於高電壓等級充油電氣設備絕緣油中溶解氣體分析的氣相色譜檢測方法，採用單微型熱導檢測器分析，程控自動進樣，雙柱並聯-串聯切換的儀器系統。
[0007]進一步，所述檢測器為特製的池體積極小的微型熱導檢測器，兩個通道均可作為測量和參考通道，單檢測器能實現對絕緣油中h2，02，CO, ch4，co2, c2h4，c2h6，c2h2八組分的檢測。
[0008]進一步，所述程控自動進樣方法為利用十通閥同時實現進樣和切換。
[0009]進一步，所述雙柱並聯-串聯切換分析過程為:基線狀態時定量環兩端連接需要分析的樣品氣，載氣分兩路分別流經A柱和B柱，兩柱為並聯狀態。需要進樣時，轉動十通閥，定量環接入載氣迴路，同時A柱和B柱實現串聯狀態，H2，02，CO, CH4在經A柱初步分離後，進入B柱前面的延遲單元。此時切換十通閥狀態，使十通閥恢復初始狀態，A柱和B柱為並聯狀態，C02, C2H4，C2H6，C2H2在A柱上分離後流入檢測器的A通道出峰，隨後從延遲單元出來的H2，02，CO, CH4在B柱上分離後在檢測器的B通道上出峰。
[0010]進一步，所述自動進樣切換十通閥之前設有穩壓閥，色譜柱入口之前設有穩流閥，A色譜柱之後設有氣阻，B色譜柱之前設有延遲單元。從兩路色譜柱流入檢測器A、B通道的流量相同。
[0011]進一步，所述A柱和B柱均為外徑3mm的不鏽鋼填充柱，A柱填料為60-80目Propak-N與80-100目的⑶X-502混合，混合比例為2:1，長度5米，B柱填料為80-100目的5A分子篩，長度為2.5米。
[0012]這種用於充油電力設備礦物絕緣油中溶解氣體分析的氣相色譜檢測方法，它是對國內普遍使用的電力變壓器油氣相色譜儀的一種創造性改進。這種檢測方法的改進體現在以下幾個方面:
其一，採用基於MEMS工藝的u-TCD檢測器技術。國內離線色譜儀檢測中應用較多的是「普通熱導+兩個氫火焰離子化檢測器」的組合檢測方式，由【背景技術】的敘述可知，基於上述檢測器組合技術方式的氣相色譜儀存在著硬體結構複雜、自動化程度低、難以現場應用等缺點，尤其是FID檢測器由於需要H2點火的特性決定了上述三檢測器技術幾乎不可能在現場應用中大規模推廣。本發明採用基於MEMS工藝的微型TCD檢測器技術，單檢測器即可檢測H2，02，CO, C02, CH4，C2H4，C2H6，C2H2油中八組分氣體，對各組分氣體具有優異的靈敏度，對關鍵特徵氣體C2H2的靈敏度為luL/L。相對於傳統的三檢測器分析方法，本發明大大簡化了硬體結構，降低了硬體成本，提高了系統的可靠性，有利於在線應用中大規模推廣。
[0013]其二，採用色譜柱串並切換方式進行混合氣體的分離。傳統的離線絕緣油中溶解氣體分析方法採用「並連分流」進樣方式，所有組分同時進入兩根色譜柱，存在C02組分汙染分子篩色譜柱，故分子篩色譜柱壽命有限。本發明採用兩根色譜柱，加上氣阻，延遲單元等輔助件，利用串並切換的方式，實現切換功能由十通閥實現。由於阻止了 co2進入分子篩色譜柱，從而保證了分子篩色譜柱不受汙染，延長了色譜柱的壽命，提高了儀器整機的壽命和可靠性。
[0014]其三，用計算機控制的自動進樣方式。傳統的離線絕緣油中溶解氣體分析方法由於採用三檢測器結構，氣體進樣方式一般為「手動」進樣，上述進樣方法步驟繁多，對操作人員有較高的要求，並且由於不同人員的操作手法不同，當其對進行對同一臺儀器進行實驗時，可能會因「分流比」不同而導致測量結果存在很大的差異。本發明採用十通閥自動進樣，十通閥的進樣動作由嵌入式系統的電腦程式進行控制，大大提高了儀器的自動化水平，保證了進樣的重複性。
[0015]根據以上技術方案的這種用於高壓電力充油電氣設備的絕緣油中溶解氣體分析的氣相色譜檢測方法，符合國內電力行業對充油電氣設備絕緣油氣相色譜儀的色譜檢測國家標準，檢測的組分多達八個，且對各組分氣體具有優異的靈敏度，不僅提高了儀器的自動化水平，而且同時提高了絕緣油氣相色譜分析系統整體穩定性、檢測數據的重複性和準確性，簡化了硬體結構，降低了系統成本，適合於智能電網項目中大規模的推廣和應用。該檢測方法一方面為電力檢修部門的檢測技術提供了有力的技術支持，同時也由於具有優良的性價比而為企業提高綜合經濟效益提供了技術保障。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明的色譜以結構示意圖；圖2為本發明色譜儀待機狀態氣路圖；圖3為本發明進樣狀態氣路圖。
【具體實施方式】
[0017]如圖1所示，本發明的氣相色譜檢測方法，採用高靈敏度微型熱導檢測器，雙色譜柱，程控進樣和切換，單檢測器一次進樣分析油中溶解的八組分氣體:h2，02，CO, co2, ch4，C2H4，C2H6，C2H2 ;將氣路模塊的穩壓1、穩流閥2、載氣電磁閥3，進樣模塊的十通閥4、氣缸5、進樣電磁閥6、檢測器7，溫控模塊的開關電源8、隔離變壓器11、控制電路板12、固態繼電器13，色譜模塊的色譜柱箱10等安裝在一個可攜式機箱9中。
[0018]如圖2和3所示，本發明的氣相色譜檢測方法，待機狀態時，定量環兩端連接需要分析的樣品氣，載氣分兩路分別流經A柱和B柱，兩柱為並聯狀態。進樣時，微機控制轉動十通閥，定量環接入載氣迴路，同時A柱和B柱實現串聯狀態，H2，02，CO, CH4在經A柱初步分離後，進入B柱前面的延遲單元。然後，切換十通閥狀態，使十通閥恢復初始狀態，A柱和B柱恢復為並聯狀態，C02, C2H4，C2H6，C2H2在A柱上分離後流入檢測器的A通道出峰，隨後從延遲單元出來的H2，02，CO, CH4在B柱上分離後在檢測器的B通道上出峰。
[0019]該分析方法採用基於MEMS工藝的u-T⑶檢測器技術，利用參考通道和測量通道的互換，相對於傳統的單通道普通熱導檢測器而言，相當於增加了一個檢測器，且由於採用微型池體結構，靈敏度遠遠高過傳統的熱導檢測器。此分析方法可以一次進樣分析油中八組分溶解氣體，只需要一種載氣，極大的簡化了硬體結構，對各組分氣體具有優異的靈敏度，大大提高了礦物絕緣油氣相色譜分析系統整體穩定性，適合於智能電網項目中大規模的推廣和應用。
【權利要求】
1.一種用於充油電力設備礦物絕緣油中溶解氣體分析的氣相色譜檢測方法，採用程控進樣，雙柱並聯-串聯切換，單微型熱導檢測器分析的儀器系統，裝置主要包括自動進樣切換十通閥、色譜柱、微型熱導檢測器，其特徵在於: A、檢測器為特製的池體積極小的微型熱導檢測器，兩個通道均可作為測量和參考通道，單檢測器能實現對絕緣油中H2, O2, CO, CH4, CO2, C2H4, C2H6, C2H2八組分的檢測； B、自動進樣十通閥能同時實現進樣和切換，分析過程為:基線狀態時定量環兩端連接需要分析的樣品氣，載氣分兩路分別流經A柱和B柱，兩柱為並聯狀態。
2.如權利要求1所述的一種用於充油電力設備礦物絕緣油中溶解氣體分析的氣相色譜檢測方法，需要進樣時，轉動十通閥，定量環接入載氣迴路，同時A柱和B柱實現串聯狀態，H2, O2, CO, CH4在經A柱初步分離後，進入B柱前面的延遲單元，此時切換十通閥狀態，使十通閥恢復初始狀態，A柱和B柱為並聯狀態，CO2, C2H4, C2H6, C2H2在A柱上分離後流入檢測器的A通道出峰，隨後從延遲單元出來的H2, O2, CO, CH4在B柱上分離後在檢測器的B通道上出峰。
3.如權利要求2所述的一種用於充油電力設備礦物絕緣油中溶解氣體分析的氣相色譜檢測方法，其特徵在於:自動進樣切換十通閥之前設有穩壓閥，色譜柱入口之前設有穩流閥，A色譜柱之後設有氣阻，B色譜柱之前設有延遲單元，從兩路色譜柱流入檢測器A、B通道的流量相同。
4.如權利要求1、權利要求2和權利要求3所述的一種用於充油電力設備礦物絕緣油中溶解氣體分析的氣相色譜檢測方法，其特徵在於:A柱和B柱均為外徑3mm的不鏽鋼填充柱，A柱填料為60-80目Propak-N與80-100目的⑶X-502混合，混合比例為2:1，長度5米，B柱填料為80-100目的5A分子篩，長度為2.5米。
【文檔編號】G01N30/02GK104359988SQ201410617375
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月6日 優先權日:2014年11月6日
【發明者】吳志強, 任學剛, 其他發明人請求不公開姓名 申請人:長沙業嘉電子科技有限公司