安捷伦7890A色谱使用维护及变压器油色谱分析课件

1、安捷伦色谱7890A色谱仪介绍及变压器油色谱分析课件编制:张增武2012年5月第1页，共46页。一、色谱分析简介 色谱分析是一种多组份混合物的分离、分析工具。它主要利用物质的物理性质对混合物进行分离，测定混合物的各组份。并对混合物中的各组份进行定量、定性分析。 气相色谱仪是以气体作为流动相（载气）。当样品被送入进样器后由载气携带进入色谱柱。由于样品中各组份在色谱柱中的流动相（气相）和固定相（液相或固相）间分配或吸附系数的差异。在载气的冲洗下，各组份在两相间作反复多次分配，使各组份在色谱柱中得到分离，然后由接在柱后的检测器根据组份的物理化学特性，将各组份按顺序检测出来。 第2页，共46页。时刻A

2、时刻B时刻C时刻D时刻E时刻F色谱柱（加热）检测器（加热）色谱图进样（加热）数据处理机或工作站载气色谱柱第3页，共46页。 同一组份，在经过色谱柱时保留时间相同。色谱分离利用该原理进行定性分析。在色谱分析技术实际应用过程中，按照出峰时间相同、组份相同的原则，对待分析的样品中组份进行区分；数据处理系统对色谱峰面积进行积分计算，确定不同组份的含量，实现定量分析的目的。第4页，共46页。标样色谱图第5页，共46页。发电一厂110KV#2主变色谱图第6页，共46页。二、安捷伦7890A色谱仪简介。色谱柱流量控制器稳压器空气氢气载气分子筛脱水管固定进样口检测器电子部件PC限流器第7页，共46页。安捷伦7

3、890A色谱仪由五个部分组成：（1）载气。（2）进样口。（3）色谱柱。（4）检测器。（5）数据处理系统第8页，共46页。2.1气体 安捷伦7890A检测仪的气体包括载气和检测器支持气体两种气体。 载气：在整个系统中传输气体。（氮气、氢气） TCD检测器，氢气作为载气。 FID检测器，氮气作为载气。 支持气体：如氢离子火焰检测器（FID），需要氢气、氧气燃烧产生火焰。被检测气体通过火焰燃烧时，产生离子，极化电压吸引火焰附近离子，电流计检测电流并转换成信号。第9页，共46页。 安捷伦7890A对气体的要求 1、根据所使用的检测器类型而选择 2、惰性 3、干燥 4、纯净 安捷伦7890A色谱仪对载气

4、的要求是纯度达到或者超过99.999%，否则会影响到分离结果。 微量的氧气会破坏色谱柱，特别是对毛细管柱。 氧气也会降低ECD检测器的功能。第10页，共46页。 5、须使用GC 专用铜管或不锈钢管。 塑料管会渗透O2和其它污染物。还可能会释放其它可被检测到的干扰物。 6、管子使用前先用溶剂冲洗，载气吹干。 据工厂的推荐，每用完3瓶气，应更换过滤器，以防止发生气体的污染。 7、每隔一定时间，应对所有外加接头进检漏（大约每隔 4-6个月，氢气管线应每月一次）。 8、钢瓶必须牢固固定。 9、钢瓶搬运过程中必须拆掉减压阀。第11页，共46页。2.2进样口 进样口，确保样品以可再现的方式进入气相色谱中，

5、被引入的样品应具有代表性。安捷伦7890A的进样口可采用以下几种方式： （1）分流/不分流进样口。 （2）隔垫吹扫填充（柱）进样口。 （3）冷柱头进样口。 （4）程序升温汽化进样口。 （5）挥发样进样口。第12页，共46页。安捷伦7890A进样口第13页，共46页。手动进样应注意的问题 1、注射速度快。 2、取样准确，重现。 3、避免样品间互相干扰。 4、选用合适的注射器，用10ul进样器进样量不要小于1ul。 5、减少注射针尖歧视：每次进样速度尽量一致，玻璃毛放在衬管中间偏下位置，即针尖到达的位置。 6、取样后可用滤纸拭去针尖外面的残留样品，但要注意不要吸去针内样品。第14页，共46页。 进

6、样口日常维护 : 1、定期更换进样垫 2、使用最低可用温度 3、使用气流吹扫 4、使用干净的衬管 5、用溶剂清洗分流平板 6、使用干净的进样针第15页，共46页。2.3色谱柱 色谱柱，实现样品组份分离。 色谱柱分为毛细管柱和填充柱毛细管柱填充柱第16页，共46页。 安捷伦7890A色谱仪主要使用填充柱和毛细管柱两种色谱柱。 填充柱：由铜、不锈钢或者硅酸硼玻璃制作。填充柱内径较大，通常24mm，长度一般0.510m。 毛细管柱：由熔融石英制作。毛细管柱直径较小，内径一般0.050.75mm，长度可达150米。第17页，共46页。 色谱柱在以下几种情况下需要进行老化（程序升温）及除去色谱柱中的污染

7、物： （1）新柱。进行老化的目的主要是除去残留的溶剂（色谱柱出厂之前清洗时溶剂残留） 。 （2）柱效下降。 （3）色谱柱长期未使用，主要是通过老化除去存放过程中变性的固定相。 作为日常保养，每天在正式做分析实验前，应使用程序升温方式运行几个循环，最高温度应比正式分析程序高510，但尽量不要高于色谱柱规定的最高操作温度。第18页，共46页。 如出现色谱峰明显展宽、分离度下降、峰形撕裂、基线升高、基线漂移、或是无规律的出现“鬼峰”等现象，说明色谱柱已被污染。 毛细管柱可以用溶剂进行清洗，污染较轻的可用510mL溶剂（正己烷、二氯甲烷）清洗，溶剂从毛细管柱出口进，进口出，溶剂全部流出毛细管柱后要用氮

8、气将残留在柱内的溶剂吹净。最后根据毛细管柱的污染情况，将进口端截去2050cm。将色谱柱重新装到气相色谱仪上，用程序升温方式运行几个循环。第19页，共46页。 压力 流量 进样口柱末端 检测器柱末端第20页，共46页。2.4检测器 检测器，识别不用于载气的成分，并进行信号转换。因为不同的检测器对待检测组份相应不同，为了保证检测效果，使用了TCD（热导检测器）、FID（氢火焰离子化检测器） FID：破坏性质量检测器，识别任何烃类，用于检测甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、一氧化碳、二氧化碳。 TCD：非破坏性浓度检测器，用于检测氢气、氧气。第21页，共46页。H2H2H2H2H2H2CH4CH4CH4CH

9、4CH4CH4CHO+CHO+CHO+CHO+CHO+CO2CO2CO2H 02H 02H 02H 02H2H2H2H2H2H2 FID 是一个破坏性、质量型检测器。从火焰中生成大量的碳正离子，被收集后形成检测器信号，响应值与化合物中含有的碳-氢键和数成正比。 色 谱 柱 喷 嘴FID检测器 第22页，共46页。FID检测器维护内容： 1、清洗收集极及组件。 2、清洗或者更换喷嘴。 3、检查点火组件。拆卸点火组建时必须关闭电源 4、检测背景信号。 5、检查流量和压力。 6、拆卸、切割以及重新安装色谱柱。第23页，共46页。 氢 火 焰 离 子 化 检 测 器 柱子末端 喷嘴空气入口H 入口+

10、尾吹气2FID 检测器收集部件 毛细管柱 柱尾位置( 距喷嘴顶端 1-2 mm )FID 的 结 构第24页，共46页。 单丝 TCD柱 辅助气 参考气 参考气 热丝 切换阀检测池 3.5uL 体积出口TCD结构参考气第25页，共46页。TCD检测器使用注意事项： 1、载气和参比气必须是同一种气体，最好同源。 2、待载体流量正常后再加热。 3、检测器污染，不能拆卸清洗，只能热清洗。 4、待测组份内不能含有酸或卤代化合物，避免腐蚀热丝。 5、氧气会对永久损坏热丝。第26页，共46页。2.5数据处理系统 数据处理系统，将检测器信号转换成色谱图并进行定性、定量分析. 数据处理系统具有如下功能： 1、

11、数据采集（建立或者编辑方法、设置方法参数、保存方法、样品信息、仪器控制）。 2、积分优化和图谱优化（调用数据、谱图优化、积分事件表、手动积分）。 3、校正（利用某个峰的峰高或峰面积确定其对应组份的浓度或者含量），目前采用外标法进行校正。 4、报告设定、打印报告。第27页，共46页。三、变压器油色谱分析技术 对于变压器油，需要分析的是二氧化碳、一氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、氢气几种组份的含量。变压器油色谱分析结果判断一般步骤 按照以下步骤，对变压器油色谱分析结果进行判断： 1、通过对变压器油内溶解气体进行色谱分析，确定变压器油中溶解气体的组份以及含量。 2、依据DL/T-2000 变压器油色

12、谱分析导则中对气体含量的要求，对比色谱分析结果，做出基本判断。 3、变压器油色谱分析结果中相关数值超过DL/T-2000 变压器油色谱分析导则中对气体含量的要求值时，考虑使用三比值法、无编码比值法对变压器色谱分析结果进行判定，初步确定变压器故障类型。 第28页，共46页。表一、对出厂和新投运设备气体含量的要求 设备类型 气体变压器和电抗器互感器套管氢气1050150乙炔000总烃201010第29页，共46页。表二、变压器、电抗器和套管油中溶解气体含量的注意值设备类型气体组份含量330KV及以上220KV及以下变压器和电抗器总烃150150乙炔15氢150150套管甲烷100100乙烷12氢5

13、00500第30页，共46页。表三、电压互感器和电流互感器油中溶液气体含量的注意值设备类型气体组份含量2200KV及以上1100KV及以下电流互感器总烃100100乙炔12氢150150电压互感器甲烷100100乙烷23氢150150第31页，共46页。表四、充油电力变压器不同故障类型产生的气体故障类型主要气体组分次要气体组分油过热CH4、C2H2H2、C2H6油和纸过热CH4、C2H4、CO、CO2H2、C2H6油纸绝缘中局部放电H2、CH4、COC2H2、C2H6、CO2油中火花放电H2、C2H2油中电弧H2、C2H2CH4、C2H4、C2H6油和纸中电弧H2、C2H2、CO、CO2CH4

14、、C2H4、C2H6注：进水受潮或油中气泡可使氢含量升高第32页，共46页。表五、变压器和电抗器绝对产气速率注意值 设备类型 气体组份开放式隔膜式总烃612乙炔0.10.2氢510一氧化碳50100二氧化碳100200注：当产气速率达到绝对值时，应缩短检测周期，进行追踪分析第33页，共46页。3.2三比值法的基本原理 通过大量的研究证明，充油电气设备的故障诊断也不能只依赖于油中溶解气体的组分含量，还应取决于气体的相对含量；通过绝缘油的热力学研究结果表明，随着故障点温度的升高，变压器油裂解产生烃类气体按CH4C2H6 C2H4C2H2的顺序推移，并且H2是低温时由局部放电的离子碰撞游离所产生。基

15、于上述观点，产生以CH4/H2，C2H4/C2H6，C2H2/C2H4三组气体比值编码作为故障判断、查找依据的三比值法。第34页，共46页。表六、三比值法编码规则气体范围比值范围的编码C2H2/C2H4CH4/H2C2H4/C2H60.10100.11100131213222第35页，共46页。表七、故障类型判断方法编码组合故障类型判断故障实例C2H2/C2H4CH4/H2C2H2/C2H6001低温过热（低于150）绝缘导线过热，注意CO和CO2的含量及CO2/CO的值20低温过热（150300）分解开关接触不良，引线夹件螺丝松动或接头焊接不良，涡流引起铜过热，铁芯漏磁，局部短路，层间绝缘不

16、良、铁芯多点接地等21中温过热（300700）0，1，22高温过热（高于700）10局部放电高温度、含气量引起油中低能量密集的局部放电20，10，1，2低能放电引线对电位未固定的部件之间连续火花放电，分解抽头引线和油隙闪络，不同电位之间的油中火花放电或悬浮电位之间的电火花放电20，1，2低能放电兼过热10，10，1，2电弧放电线圈匝间、层间短路、相间闪络、分接头引线间油隙闪络、引起对箱壳放电、线圈熔断、分接开关飞弧、因环路电流引起电弧、引线对其他接地体放电等。20，1，2电弧放电兼过热第36页，共46页。三比值法的应用原则是：（1）气体组份或者注意值超过要求时，三比值法的应用才有意义。（2）假

17、如气体的比值与以前的不同，可能有新的故障重叠或正常老化上。为了得到仅仅相对于新故障的气体比值，要从最后一次分析结果中减去上一次的分析数据，并重新计算比值（尤其在CO和CO2含量较大的情况下）。在进行比较时，要注意在相同的负荷和温度等情况下在相同的位置取样。（3）由于溶解气体分析本身存在的试验误差，导致气体比值也存在某些不确定性，因此影响到三比值法的应用。3.3三比值法的应用原则第37页，共46页。 利用DL/T722-2000导则所述的方法，分析油中溶解气体结果的重复性和再现性。对气体浓度大于10 L/L的气体，两次的测试误差不应大于平均值的10%，而在计算气体比值时，误差提高到20%。当气体

18、浓度低于10 L/L时，误差会更大，使比值的精确度迅速降低。因此在使用比值法判断设备故障性质时，应注意各种可能降低精确度的因素。尤其是对正常值较低的电压互感器、电流互感器和套管，更要注意这种情况。第38页，共46页。 3.4三比值法的不足 通过大量的时间，发现三比值法存在以下不足： （1）由于充油电气设备内部故障非常复杂，由典型事故统计分析得到的三比值法推荐的编码组合，在实际应用中出现实际故障与故障代码无法“” （2）变压器色谱分析结果正常（比值、增长率均未超注意值）有可能对正常的变压器造成误判断。 （3）在实际应用中，当有多种故障联合作用时，可能在表中找不到相对应的比值组合；同时，在三比值编

19、码边界模糊的比值区间内的故障，往往易误判。第39页，共46页。 （4）三比值法不适用于气体继电器里收集到的气体分析诊断故障类型。 （5）当故障涉及固体绝缘的正常老化过程与故障情况下的劣化分解时，将引起CO和CO2含量明显增长，表七中无此编码组合。此时要利用下述的比值CO2/CO配合诊断。 第40页，共46页。3.5以三比值法诊断故障的步骤 我国DL/T711-2000导则指出，对出厂的设备，按导则规定的注意值进行比较，并注意积累数据；当根据试验结果怀疑有故障时，应结合其他检查性试验进行综合诊断。对运行中的变压器，按下述步骤进行故障诊断： 1、将试验结果的几项主要指标（总烃、甲烷、乙炔、氢）与充

20、油电气设备产气速率注意值作比较。短期内各种气体含量迅速增加，但尚未超标的数据，也可诊断为内部有异常状况；有的设备因某种原因使气体含量基值较高，但增长速率低于产气率注意值的，仍可认为是正常设备。第41页，共46页。 2、当认为设备内部存在故障时，可用特征气体法、三比值法和其他方法并参考溶解气体分析解释表和气体比值的图示法，对故障类型进行诊断。 3、对CO和CO2进行诊断。 4、在气体继电器内出现气体的情况下，应将继电器内气体的分析结果按本节所述的方法进行诊断。 5、根据上述结果以及其他检查性试验（如测量绕组直流电阻、空载特性试验、绝缘试验、局部放电试验和测量微量水分等）的结果，并结合该设备的结构

21、、运行、检修等情况进行综合分析，诊断故障的性质及部位。根据具体情况对设备采取不同的处理措施（如缩短试验周期，加强监视，限制负荷，近期安排内部检查，立即停止运行等）。第42页，共46页。3.6无编码比值法的基本原理及方法 我国现行的DL/T722-2000导则中采用了改良的三比值法，提高了诊断故障的可靠性，但三比值法故障编码不多，实际工作中有许多变压器的故障因查不到编码而无法判断，而且判断方法也较复杂。因此，研究人员通过10多年收集的全国部分省、市变压器故障实例和对国外模拟故障色谱数据的分析研究，提出了用“无编码比值法”分析和诊断变压器故障性质的方法，可以从一个层面解决三比值法故障编码少，有的故

22、障用三比值法难于诊断的问题。 研究表明，变压器油和固体绝缘材料在不同的温度、不同的放电形式下产生的气体也不相同。日本等国通过大量的模拟试验，得到过热、放电分解的不同气体。从试验结果可以看出以下规律：第43页，共46页。 （1）在油中发生600以下过热时，产生的主要气体是甲烷，其次是乙烯、乙烷和少量氢气。 （2）在电弧放电时，油产生的气体以氢气和乙炔为主，有少量的甲烷、乙烯；在纸和油中电弧放电时产生的CO是纯油中的10倍多。 （3）在局部放电时，无乙炔，而且甲烷较多。 （4）火化放电产生的气体近似于电弧放电。 利用试验得到的规律，我们可以利用某些特征气体的组分含量和它们之间的相互比值来判断变压器中存在的不同故障类型。如用过热时甲烷氢多气少，放电时氢气多而甲烷少的特点，用甲烷与氢气比率就可区分放电与过热故障。为此，共计算出9种不同组合形式的气体比率值，并按变压器实际故障分类统计，从中找出故障性质相关量。于是，我们就可以根据表七相关的气体比率来确定故障性质。第44页，共46页。表八、实际故障与比值编码分类序号气体比值分类实际故障与比值编码分类高能量放电102高能量