绝缘油中微量气体光声光谱与色谱联用仪及分析方法与流程

本发明属于电网技术领域的技术，涉及一种新型光声光谱与色谱联用分析仪及检测方法，主要应用于大型充油电气设备的绝缘油中溶解气体分析。

二、

背景技术：

目前，对变电站、电厂等内部的大型充油电气设备的绝缘油进行气相色谱分析一般需要在专门的实验室进行，首先需要先到设备的运行现场(如发电厂、变电站)取回油样，再通过实验室离线色谱仪进行分析。离线色谱仪一般采用双检测器气相色谱技术(氢火焰离子化检测器和热导检测器)，使用分流进样方式。上述检测技术存在一些问题。首先，整个过程中油样需要运输，分析周期比较长，期间气体可能逸散，尤其是像H₂等低分子量气体，非常容易从油中析出，从而导致测量结果不准确。其次，上述双检测器技术离线色谱仪需要N₂，H₂，空气三种气源，氢火焰离子化检测器需要点火才能使用，应用在变电站现场时存在安全隐患，不适合进行在线监测的应用。而且并联分流进样方式需要通过手动操作，每次操作时的分流比很难保证相同，会影响分析结果的准确性。此外，采用氢火焰离子化检测器和热导检测器技术的气相色谱仪体积庞大，比较笨重，维护起来比较麻烦，难以小型化和在线化。

综上所述，如何在简化系统原理与结构、降低重量、降低成本的基础上提出一种重复性、准确性和灵敏度符合中国国家标准和电力行业标准，能够同时用于现场检测、在线监测和实验室检测，适合于大规模推广的绝缘油中微量溶解气体的检测方法就成为电力科研工作者的一个重要课题。

三、

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于：提供一种光声光谱和气相色谱联用技术的矿物油中溶解气体分析的联用分析仪及检测方法，无需氢气等易燃易爆气体作为辅助气，可以安全、稳定、可靠的运行在变电站现场，实施快速、准确的绝缘油色谱在线监测和分析，避免了取油环节的长途运输过程所导致的气体逸散，从而提高绝缘油色谱分析的效率和分析结果的准确性。

本发明的绝缘油中微量溶解气体光声光谱与色谱联用分析仪及检测方法，采用双色谱柱串联反吹进样方式，利用十通阀进行切换，在双色谱上实现H₂，CO，CH₄，CO₂，C₂H₄，C₂H₆，C₂H₂七个组分混合气的分离。混合气各组分分离后依次进入光声光谱模块的光声池进行检测，根据光声信号的强度间接得到各组分气体浓度值。整机仪器系统包含精密温度控制模块、进样和切换模块、混合气分离模块、特征气光声光谱检测模块。

进一步，所述十通阀可以同时作为进样装置和切换装置，连接两根色谱柱和取样环，并连接气相色谱部分载气气路，在载气的推动下将定量取样环中的定量气体送入到光声光谱模块检测器中进行检测。

进一步，所述精密温度控制模块包括热传导铝锭、加热器、加热控制开关、温度传感器、温度控制电路，电路系统通过控制加热控制开关的占空比控制热传导铝锭的温度，从而间接控制混合气分离模块的温度，使其维持在一个恒定值。

进一步，所述混合气分离模块包括两根色谱柱和取样定量环，色谱柱绕在热传导铝锭上，并通过热传导铝锭的恒温从而实现色谱住的恒温。

进一步，所述特征气光声光谱检测模块包括红外激励光源、球面凸透镜和透镜、光声池、微音器及光声信号微弱检测电路，光声池的进气口端与混合气分离模块的出口端连接，光声池的出气口端排空，在载气的推动下，混合气分离模块的待检测特征气体组分依次进入到特征气体光声光谱检测模块进行检测。

本发明的绝缘油中微量溶解气体光声光谱与色谱联用分析仪及检测方法与现有的设备及检测方法相比具有以下优点：

其一，采用光声光谱与气相色谱联用检测技术，只需要一种载气即可实现变压器油中溶解气体的七组分分离和高灵敏度的在线监测。传统的气相色谱分析法需要三种气源(氮气，氢气，空气)，采用手动注射器进样方法进行分析，系统结构复杂，成本高，维护麻烦，且氢火焰离子化检测器需要点火，难以实现在线监测。而单独使用光声光谱法进行分析时，由于各组分气体没有分离，存在谱峰交叉吸收现象，尤其是当分析气体中有微量水分存在时，其对各组分气体的光谱吸收特征谱线均存在影响，故定量难度很大，准确性不高。本发明采用气相色谱与光声光谱联用技术，将气相色谱法的分离优势与光声光谱法的高灵敏度检测优势相结合，只需要高纯氮气一种载气，无需氢气等易燃易爆气体做辅助气，可以安全、稳定、长时间运行在电厂、变电站等大型充油电气设备的现场，大大简化了气源系统，简化了系统结构，降低了成本，实现变压器油色谱的现场在线实时监测，减少了油样运输环节，确保了分析结果的实时性和准确性。

其二，采用程控阀门自动进样技术，提高了系统稳定性和降低了系统误差。传统的绝缘油中溶解气体分析方法的分离系统由于采用双色谱柱并联结构，特征气体的进样方式一般为“手动、并联分流”进样。上述进样方法步骤繁多，对操作人员的熟练程度有很高的要求，并且由于不同人员的操作手法不同，当其对进行对同一台仪器进行实验时，会因“分流比”不同而导致测量结果存在差异。本发明的绝缘油中微量溶解气体光声光谱与色谱联用分析仪及检测方法利用嵌入式计算机技术设计了智能自动化工作程序，开机后可以自动通气、温控， 使仪器达到分析状态，分析周期短，大大提高了仪器的自动化水平，保证了进样的重复性。

四、附图说明

图1是本发明的整体结构框图；

图2是本发明的基线状态流程图；

图3是本发明的进样状态流程图。

五、具体实施方式

如图1所示，本发明的绝缘油中微量溶解气体光声光谱与色谱联用分析仪及检测方法，包括箱体1，箱体1内设置自动取样进样机构4、样气分离机构2和光声光谱检测机构3，自动取样进样机构3包括电动十通阀5、取样环6，混合气体分离机构主要包括粗分色谱柱7、细分色谱柱8及辅助的管道和保温棉，混合气体检测机构主要包括光声池9及辅助的激励光源、球面凸透镜、微音器及必要的管道。

如图2所示，基线状态时，载气通过十通阀5直接进入到细分色谱柱8，然后通过粗分色谱柱7，另一端连接到光声池9的输入端，光声池9的输出端直接放空，此时将样气注入取样环，等待基线平稳后进样。

如图3所示，进样状态时，取样环内充满待测混合气体，之后转动十通阀，取样环接入载气回路，同时细分柱倒接到粗分柱的尾部，H₂，CO，CH₄在经粗分柱初步分离后，再通过细分柱进一步分离，并流入光声光谱检测模块检测。CH₄出峰完毕后，切换十通阀，取样环复位，细分柱位于粗分柱之前，粗分柱内的CO₂，C₂H₄，C₂H₆，C₂H₂继续流入检测器检测。细分柱的作用主要是将H₂，CO，CH₄三组分进行彻底的分离，而由于CO₂，C₂H₄，C₂H₆，C₂H₂相对比较容易分离，故其分离过程在粗分柱内即可完成。

本发明所有的操作均通过嵌入式计算机进行控制并自动实现，避免了人为因素的干扰，减少了系统分析的误差，提高了分析的准确性。

根据以上技术方案的这种用于高电压等级充油电气设备矿物绝缘油中溶解气体分析的光声光谱与色谱联用分析仪及检测方法，不仅符合国内电力行业对充油电气设备绝缘油检测实验室的检测标准，同时对各组分气体，尤其是乙炔具有优异的灵敏度，不仅提高了绝缘油检测分析仪整机的可靠性、测量数据的重复性和准确性，同时简化了整机的硬件结构，缩小了体积，提高了自动化水平和整机性能，并降低了成本，适合于智能变电站状态检修项目中的在线监测和现场检测，能够进行大规模的推广和应用。

此检测方法不仅为电力行业的状态监测技术提供了有力的技术支持，同时也由于具有优良的性价比而为输变电企业提高综合经济效益提供了技术保障。需要指出的是根据本发明的具体实施方式所做出的任何变形，均不脱离本发明的精神以及权利要求记载的范围。