一种分离换流变油色谱中氦气与氢气的方法
【技术领域】
[0001] 本试验方法适用于安装了以氦气作为载气的DGA在线检测装置的换流变压器，可 对其油色谱中氢气与氦气溶解气体进行有效区分及精确检测。
【背景技术】
[0002] 换流变压器作为系统的主设备，其健康状况直接影响到电网的安全，为确保变压 器等充油设备的安全运行，大部分换流变压器设备都安装了 DGA在线监测装置，用于设备 运行状态的实时监测。由于部分DGA在线监测装置气路系统设计不合理，使得氦气直接进 入了换流变压器内部，成为油中溶解气体组分之一，在使用氦气为载气的在线装置监测时， 并不影响测试结果，但在设备的油样实验室分析中，更换了氮气作为载气时，则有可能对测 试结果造成影响，严重时甚至会影响DGA试验的结论。
[0003] 因此，本发明开发油中氦气与氢气定性及定量检测方法，能够有效避免误判，通过 提高DGA试验结论的可靠性，提升设备运行的安全水平。
【发明内容】
[0004] 针对以上不足，本发明的目的在于提供一种分离换流变油色谱中氦气与氢气的方 法，该方法可准确测定变压器油中的氦气含量，测试结果可避免换流变压器油色谱检测时 氢气与氦气相互干扰，为评价换流变压器运行状态提供可靠的技术手段，有效避免色谱特 征气体误判，提升设备运行的安全水平。
[0005] 为了实现上述目的，本发明通过下列技术方案来实现：
[0006] -种分离换流变油色谱中氦气与氢气的方法，其包括以下步骤：
[0007] 步骤1、取空白试油250ml，放入常温常压气体饱和器内，在室温下通入纯氮气鼓 泡吹洗4h，直至空白试油中其他气体组分被驱净为止，静置待用；
[0008] 步骤2、用注射器从常温常压气体饱和器内吸取20ml空白试油作为油样，在该油 样中充入20ml标准混合气，在50°C恒温下第一次振荡，达到第一次平衡后，取出全部平衡 气体，测出此时平衡气体中氦气的浓度C lg;
[0009] 步骤3、在油样经第一次平衡并取出全部平衡气体后再加入20ml纯氮气，在50°C 恒温下进行第二次振荡达到第二次平衡后，取出全部平衡气体，在室温t下准确读取该平 衡气体体积Vg，并测出此时平衡气体中氦气的浓度CJ ;
[0010] 步骤4、将第二次平衡状态下的气体与油样体积按规定状况进行校正计算：
[0011]
[0012]
[0013] 计算氦气在规定状况下的分配系数K1:
[0014]
[0015] 其中，规定状况为温度50°C且压力101. 氦气在50°C时的分配系数；V I 为第二次平衡后，室温t时的油样液体体积；Vg'为第二次平衡后，50°C时的平衡气体体积； V/为第二次平衡后，50°C时的油样液体体积；0. 0008为油样的热膨胀系数；P为试验时的 大气压力；
[0016] 步骤5、换流变油中溶解氢气和氦气浓度的定量计算：
[0017]
[0018] 其中，X1为换流变油溶解气体i组分浓度，i = 1时为氦气，i = 2时为氢气；L lg为 标准混合气中i组分浓度；￥为由换流变油得到的样品气中i组分的平均峰面积；为标 准混合气中i组分的平均峰面积；〇. 929为油样中溶解气体浓度从50°C校正到20°C时的温 度校正系数。
[0019] 步骤1中的油中其他气体组分被驱净为止通过色谱分析法检查，其方法是：用注 射器从所述常温常压气体饱和器内吸取空白试油40ml作为核准油样，然后将该核准油样 密封并充入5ml纯氮气，在50°C恒温下经振荡达到平衡，取出平衡状态下的全部平衡气体， 通过色谱分析法分析检查平衡气体中有无氦气，如有，则继续在室温下往所述常温常压气 体饱和器内通入纯氮气鼓泡吹洗，反之，则空白试油中其他气体组分被驱净。
[0020] 步骤2和步骤3中测量平衡气体中氦气的浓度均通过色谱分析法获得。
[0021] 所述标准混合气为氦气、氢气和氮气的混合气体，其中，氦气的浓度是504 μ L/L， 氢气的浓度是2490 μ L/L。
[0022] 所述常温常压气体饱和器包括用于盛放空白试油的分液漏斗，所述分液漏斗的上 端通过一胶塞密封，在该胶塞上安装一散气管道，所述散气管道的一端伸入空白试油中，另 一端延伸至分液漏斗外；同时在该胶塞上还安装一出气管道，所述出气管道的一端伸入分 液漏斗内并不与空白试油接触，另一端也延伸至分液漏斗外，该分液漏斗的下端设有一与 分液漏斗连通的出油管道，所述出油管道上安装一旋塞。
[0023] 本发明为对采用以氦气作为载气的DGA在线监测装置的换流变压器有效分离氢 气和氦气的检测方法。通过对油中氦气的定量检测方法，与现有的DGA试验方法比较，应用 该方法可准确测定变压器油中的氦气含量，测试结果可避免换流变压器油色谱检测时氢气 与氦气相互干扰，为评价换流变压器运行状态提供可靠的技术手段，有效避免色谱特征气 体误判，提升设备运行的安全水平。
【附图说明】
[0024] 图1是氦气与氢气重叠一起的色谱图；
[0025] 图2是氦气与氢气分离后的色谱图；
[0026] 图3是常温常压气体饱和器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明的内容做进一步详细说明。
[0028] 本发明对采用以氦气作为载气的DGA在线监测装置的换流变压器，在实验室内有 效分离氢气和氦气的检测方法，检测仪器为气相色谱仪，仪器分析柱为变压器油分析专用 色谱柱。通过开发油中氦气的定性及定量检测方法，能够有效避免误判，通过提高DGA试验 结论的可靠性，提升设备运行的安全水平。
[0029] 下面以某换流变压器为例，该换流变压器采用以氦气作为载气的DGA在线监测装 置，对本发明的【具体实施方式】进行说明。主要包括8个步骤。
[0030] 1)试验仪器准备
[0031] 气相色谱仪为安捷伦GC-7890气相色谱仪，配T⑶检测器，变压器油分析专用色谱 柱（兰州中科安泰分析科技有限公司）；500ml梨形分液漏斗，100ml、20ml、5ml注射器，Iml 进样针。
[0032] #10空白试油（新疆克拉玛依润滑油公司）；标准混合气（He :504 μ L/L、H2: 2490 μ L/L，N2平衡气，佛山科的气体有限公司）；高纯氮气（纯度99. 999% )。
[0033] 2)试验接线或者试验方法
[0034] 在密闭容器内放入一定体积的空白试油和一定体积氦气，在恒温下经气液溶解达 到第一次平衡后，测定气体中氦气的浓度，然后排出全部气体，再充入一定体积的氮气，在 同样的恒温温度下，进行第二次平衡，然后测定氦气在气体中的浓度，根据分配定律和物料 平衡原理检测出氦气在测定温度下的分配系数。
[0035] 3)分离氦气与氢气
[0036] 由于目前采用的变压器专用色谱柱，该色谱柱对氦气和氢气的吸附作用十分接 近，在通用的分析条件下，氢与氦重叠在一起形成一个不规则的峰，在分析过程中很容易将 此峰判定为氢气，导致测试结果偏高。
[0037] 为了改善氦气和氢气的分离度，需要采用降低柱温、柱流量或更换色谱柱的方法。 在不改变原检测系统的条件下，经过多次反复试验，采用降低柱箱温度的方法，使氢气、氦 气的分离得到了很大程度的提升，其分离度大于1，满足定量分析的要求。
[0038] 4)色谱图最优选择
[0039] 在通用的分析条件下（柱温80°C，柱流量28ml/min)，氢与氦重叠在一起形成一个 不规则的峰，如图1所示，此时氢气与氦气重叠在一起没有分离开来。
[0040] 经反复试验，在不改变原来分析系统的条件下，将柱箱的温度降低，使氢气与氦气 分离开来，图2为柱温在30°C，柱流量在28ml/min条件下测试获取的色谱图，从图中可以看 出，氢气、氦气的分离得到了很大程度的提升。
[0041] 5)氦气心值的检测及计算
[0042] a)取空白试油250ml，放入特制的常温常压气体饱和器内，在室温下通入高纯氮 气鼓泡吹洗4h，直至空白试油中其他气体组分被驱净为止（用色谱分析法检查），静置待 用。
[0043] 常温常压气体饱和器的结构如图3所示，其包括用于盛放空白试油2的分液漏斗 1，分液漏斗1的上端通过一胶塞密封，在该胶塞上安装一散气管道5,散气管道5的一端伸 入空白试油2中，另一端延伸至分液漏斗1外；同时在该胶塞上还安装一出气管道6,出气 管道6的一端伸入分液漏斗1内并不与空白试油2接触，另一端也