測定變壓器油中微量水分的氣相色譜法

油浸變壓器在運行中會受到電、熱、機械力、化學(xué)腐蝕和光輻射等外界因素的影響, 致使變壓器油和纖維材料逐漸老化變質(zhì),分解出微量水分;此外,由于密封不嚴(yán),潮氣和水分也會進(jìn)入油箱內(nèi),使油中的水分逐漸增多。當(dāng)水分含量超過一定限度時,就會使絕緣性能明顯下降,甚至危及變壓器安全。

　　過去人們廣泛采用電氣試驗方法(如測量絕緣電阻、泄漏電流等)來測變壓器絕緣是否受潮,但上述方法只能間接地定性了解變壓器的受潮情況,不能直接定量地測定變壓器油紙中的含水量。后來人們就開始研究直接監(jiān)視變壓器受潮情況的方法,目前國內(nèi)應(yīng)用較廣的是氣相色譜法。

　　氣相色譜法

　　(一)原理

　　用氣相色譜分析法測定油中微量水分(可簡稱為微水)與測定其他部分一樣,首先利用色譜儀中的汽化加熱器將注入的油樣經(jīng)過瞬間汽化,被汽化的全部水分和部分油氣被載氣帶至適當(dāng)?shù)纳V柱進(jìn)行分離,然后用熱導(dǎo)池檢測器來檢測,將檢測值(水峰高或水峰面積)與已有的含水的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線進(jìn)行比較,就可以得到油樣中的水含量。

　　(二)氣路流程

　　測定油中微水的流程如圖6-147所示。載氣由高壓氣瓶供給,經(jīng)減壓閥減壓, 通過裝有5×10-10m分子篩或變色硅膠的凈化干燥管,凈化脫水后由穩(wěn)壓閥控制流速,經(jīng)緩沖管由浮子流量計指示流速,再經(jīng)過空心柱到達(dá)熱導(dǎo)池參考臂,然后進(jìn)入六通閥。當(dāng)六通閥拉桿向下推時,儀器處于工作狀態(tài),這時載氣從④口經(jīng)過③口到汽化加熱器,從進(jìn)樣口注入的樣品被載氣帶到汽化加熱器,樣品中的微水汽化后隨載氣進(jìn)入色譜柱,經(jīng)分離后又通過熱導(dǎo)池測量臂,產(chǎn)生一定的信號,用記錄儀記錄下來, 即可得到水峰色譜圖。水峰的高度或面積就代表油樣中的水分含量。

　　(三)定量基準(zhǔn)

　　目前,用色譜法檢測液體樣品中的痕量水分時,普遍采用飽和值作為水分的定量基準(zhǔn),這種方法的優(yōu)點是不受環(huán)境濕度的干擾。飽和值在客觀上又是恒定值,所以,只要確保達(dá)到了飽和狀態(tài),操作較為方便。根據(jù)國內(nèi)外的研究可知,苯中飽和水值和正庚烷中飽和水值可以作為定量基準(zhǔn)。前者適用于水濃度大于100ppm的液體樣品,后者適用于水濃度小于100ppm的樣品。不同溫度下苯和正庚烷的飽和水值見表6-104和表6-105。

　　(四)定量分析

　　取適當(dāng)體積的苯(或正庚烷)用蒸餾水洗滌4次后,按1:1體積混以蒸餾水,置于密閉的玻璃瓶中,搖蕩約1min后,在超級恒溫器中于一定溫度下使苯(或正庚烷)一水達(dá)到平衡,然后用微量注射器吸取15μL苯(或正庚烷)溶液進(jìn)行色譜分析,測定其水峰高。必須注意,在一定溫度下,苯一水平衡只需幾分鐘,但由于正庚烷與水達(dá)到平衡所需時間較長,一般需4h,達(dá)到平衡后才能進(jìn)行測定。在一定溫度下正庚烷和苯中飽和水值的峰高曲線如圖6-148和圖6-149所示。分析油中含水量時,可以根據(jù)這種定量曲線經(jīng)過簡單的換算,做出一定進(jìn)樣量時油中含水量與峰高的定量曲線,然后再進(jìn)行定量分析。

　　采用定量曲線來進(jìn)行定量分析時,要求嚴(yán)格規(guī)定操作條件,否則誤差較大。實際工作中,可以采用一點外標(biāo)法,即取一定溫度下的苯(或正庚烷)15L注入色譜儀,測得峰高h(yuǎn)。(取5次平均值),再取被試油樣30L進(jìn)樣,測得其峰高h(yuǎn)1(取3次平均值)設(shè)一定溫度下苯(或正庚烷)中飽和水值為Wmg/kg(ppm),則被試油含水量為

　　式中的d和d1分別為苯(或正庚烷)和被試油的比重。

　　(五)測定儀器

　　用氣相色譜法測定油中水分含量時,可用油微量水分測定儀。此儀器檢測靈敏度較高,穩(wěn)定性較好,并配有排殘油的進(jìn)樣裝置。

　　(六)注意事項

　　采用氣相色譜法測定油中水分時,應(yīng)注意下列事項:

　　(1)對氣相色譜儀的要求包括:①檢測靈敏度要高,熱導(dǎo)池檢測器對油中含水量(直接法)的最小檢測濃度應(yīng)小于0.5ppm(體積);②儀器穩(wěn)定性要好,儀器噪聲不超過±0.005mV,基線漂移和不穩(wěn)定性不大于0.05V/h;③配備有適合絕緣油的特制汽化進(jìn)樣裝置,使油中水分的汽化速度加快,汽化率變高;④氣路系統(tǒng)合理,能盡量減少油蒸汽對層析柱和其他氣路部分的污染,并能夠盡可能地減少對水分的吸附作用。

　　(2)畫工作曲線時,對于正庚烷標(biāo)樣的進(jìn)樣量,應(yīng)至少取五種不同的進(jìn)樣體積,并且每種體積均應(yīng)做平行試驗,其峰高相對偏差不超過3%

　　(3)在室溫下用正庚烷為標(biāo)樣畫工作曲線時,采取保溫措施,溫度波動不應(yīng)超過±1℃。

　　(4)每次開機進(jìn)行試驗時,應(yīng)先對工作曲線作單點校正,如果相對誤差超過5%,則應(yīng)重畫工作曲線。

　　(5)每個樣品至少應(yīng)做兩次平行試驗,其峰高的相對偏差不得超過3%。