关于气相色谱分析氢气异常的解决方案

        【摘 要】变压器投运前需对其绝缘油进行色谱分析，确定其氢气含量低于限值。在实际分析过程中，发现油中有杂质气体干扰了氢气的定量，导致氢气含量持续超标。通过对比分析，发现仪器无法分离杂峰和氢气，随即对仪器进行了改造，并对杂质气体进行推导、定性。保证了分析结果的准确，并为故障排查提供依据。

        0 前言

        在为变压器送电前，需将变压器油提前注入并静置，并监测其氢气含量的趋势，以确保变压器材料不会导致氢气含量的意外升高，对后续运行时的油中气体分析造成困扰。所以准确地测定投运前变压器油的氢气含量对判断变压器的质量好坏十分重要。

        1 事件描述

        2015年9月，山东某电厂500kV倒送电之前需要对主变A/B/C三相进行电气试验，试验前后均需对油中气体作气相色谱分析，以确定其氢气含量低于限值。该电厂根据行业标准和变压器厂家的设备规范将此限值定为10μL/L。但在实际取样分析后，其氢气含量为：

        由于变压器放置时间较长，于2015年4月已经对A/B/C三相进行了真空滤油，当时测得三相的氢气含量均低于仪器检出限5μL/L。于是进行了取样确认，重新取样后测得的氢气含量为：

        从而确定氢气含量超限。

        变压器厂家对此结果有异议，要求将油样外送至山东某研究院进行测量。所以在2015年10月初对变压器进行了取样并外送分析。该究院的分析结果如下表：

        数据表明A/B/C三相的氢气含量均低于限值10μL/L，推断该电厂所测得的氢气含量数据偏高，无法准确反映油中氢气真实含量。

        2 原因分析

        该电厂所采用的气相色谱仪为上海某公司生产的GC-900-SD气相色谱仪，该仪器依照国标GB/T 17623-1998进行配置，采用一次进样-双柱并联-三检测器的模式进行色谱分析，其分离氢气的柱子为碳分子筛TDX01柱，规格为：内径3mm，60～80目，柱长0.6m。且依据其历史数据来看，该仪器状况良好，质控、校正系数、保留时间、分离度都正常。当时的氢气峰谱图如下：

        该电厂遂向该研究院咨询氢气峰的分离状况，该研究院告知其在氢气峰前面有一个杂峰，但不知道杂峰是何成分。

        该研究院所采用的仪器为安捷伦7890A，其氢气分离柱为6英尺×1/8英寸60-80目5A分子筛柱。

        该电厂的仪器分析中氢气峰前并无此杂峰，且碳分子筛柱的出峰顺序跟所分离气体分子的动力学直径直接相关，以下是常用气体分子直径列表：

依表可知，只有氦气分子的直径比氢气小，所以该电厂怀疑该杂峰为氦气峰。经反复试验并咨询仪器工程师得知，GC-900-SD气相色谱仪的TDX01柱由于目数太低且柱长不够，柱效较低，无法有效分离氦气峰和氢气峰，导致氦气峰和氢气峰重叠，使软件默认的氢气峰偏大，导致氢气含量偏高。

        3 验证

        为了能有效分离氦气峰和氢气峰，该电厂咨询了GC-900-SD气相色谱仪厂家，厂家表示他们有能分离氦气、氢气峰的柱子TDX02，也是碳分子筛柱，但目数更多，柱子更长，柱效更高，该电厂遂对TDX02柱进行了采购并安装。调整好仪器状态及软件设置后，对A/B/C三相进行了重新取样，并分析其氢气含量，结果如下：

        结果均符合限值。此时的谱图如下：

        如图2所示，在氢气峰之前，有明显的氦气气峰，而之前由于无法有效分离此峰，导致氢气结果偏高。

        5 来源分析

        依照该研究院的说法，这种杂峰并不常见，且一般大型变压器不会存在这种杂质，并肯定这氦气的来源绝对不会是变压器油。该电厂咨询了变压器和绝缘油厂家，均表示在整个过程中，无氦气气的引入，且在2015年4月份进行过滤油，即使有残余的氦气也应该已经被滤掉了。后来经过排查，发现为配合倒送电，主变三相于2015年8月份均投用了在线色谱仪，该在线色谱仪为美国Serveron（斯维特）变压器在线监测仪TM8系统，其所使用的载气即为氦气气，流程图为：

        如图3所示，油侧油中气体经脱气装置（气体析取器）脱出后进入到气侧，被载气氦气带进色谱柱进行定量分析。在此过程中氦气与油的接触部分就是脱气装置。随后咨询了在线色谱仪厂家，氦气是否有可能通过脱气装置进入到变压器油中。厂家答复不可能有此逆向泄露，因为油侧压力比气侧压力大，且油侧气体是通过一个半透膜进入到气侧的，该半透膜只允许油侧向气侧的气体流动，不允许反向流动，无法解释油中为何会检出氦气，但厂家表示会关注此问题，并交由厂家技术中心进行模拟试验。

        5 后续工作

        现有两个遗留工作：（1）氦气的定量。采购含有氦气气的标准气体，对该绝缘油中的氦气进行定量分析，并持续跟踪其趋势；（2）确定氦气气源。继续排查氦气气的来源，在线气相色谱为重点排查对象。

        6 结论

        通过对比分析，发现了之前气相色谱仪分析氢气不准确的原因，并对仪器进行改造，使其能有效分离氦气和氢气。使得绝缘油的气相色谱分析数据更加准确、可靠，同时发现了油中含有杂质气体氦气，并初步查找了原因。为变压器的故障排查提供了坚实的依据。