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摘要：本论文首先呈现了变压器油中溶解气体的色谱分析原理，详细分析了该理论的数学模型。其次重点分析了动态顶空与半透摸油气分离技术的原理及差异。最后介绍了基于上述脱气技术的监测装置在变压器在线监测方面的应用。
关键词：色谱分析；油气分离；脱气技术；半透摸分离；顶空油气；在线监测
1 论述
A. 变压器油中溶解气体色谱分析的原理
色谱法(Chromatography)又叫层析法、色层法，它是一种分离技术。利用试样中各组份在色谱柱中的两相间的分配系数不同，色谱柱的两相：流动相、固定相；色谱柱中一相是不动的，叫做固定相,主要由各种色谱担体、固定液或各类吸附剂等颗粒状物质组成；另一相则是推动混合物流过此固定相的流体，叫做流动相。当气态的试样被载气带入色谱柱中运行时，组份就在两相间进行反复多次的分配（吸附-脱附或溶解-放出），由于固定相对各组份的吸附或溶解能力不同（即保留作用不同），因此各组份在色谱柱中的运行速度就不同，经过一定的柱长后，彼此分离，从而按先后秩序从固定相中流出，这种利用在两相分配原理而使混合物中各组分获得分离的技术，称为色谱分离技术或色谱法。
实际应用中分离度R的大小决定于分离目的和要求，从定义来看相邻两峰之间的距离差（tR1-tR2)越大，色谱峰宽（W1+W2)越窄，额、两峰的分离度越大；但两峰间的距离不宜太大，否则分析时间太长，因此色谱系统设计时既要保证最难分离物质对的分离，又要缩短分析时间，根据分离对象选择适当的色谱柱和合理的操作条件。
B. 色谱理论中的塔板理论
塔板理论是采用数学模型描述色谱分离过程，把整根色谱柱比拟成精馏塔，色谱柱由若干小段组成，每一小段中为一个塔板高度，其中一部分空间为起分离作用的固定相，另一部分空间充满载气，载气占据的空间称为板体积。混合组份随载气进入色谱柱后，就在两相间进行分配，由于不同组份在固定相与流动相之间的分配比不同，经过几百次上千次的分配过程，不同物质就可以完全分开。
C．在线油气分离技术
油气分离单元的总体要求：
（1）平衡时间：油气平衡时间短，过长的平衡时间失去在线的意义；
（2）取油方式：一般采取循环取油方式，实时对流动油取样，保证所取油样有代表性,取油口和回油口必须加装截止阀；油路部分密封良好，不应发生油渗漏现象；
（3）安全条件：油气分离过程不能污染变压器油，也不能消耗变压器油；应采用安全性高的脱气方式，不应存在将外部气体带入变压器本体的风险；分析后油样采用二次脱气和过滤处理，消除回注变压器本体的油样中的气泡和杂质，保证不对设备油品产生任何影响。回油速度应控制在合理范围内，避免产生油流带电现象；
（4）环境适应能力：装置必须具备恒温功能或温度补偿能力，油样应在恒温环境下进行脱气，以消除环境变化对气体分配系数的影响。检测结果不应受环境和变压器油品质变化的影响；
（5）可维护性：油气分离装置的维护量必须少或免维护，油气分离装置中需安装定期更换的油蒸汽过滤器，以免油蒸汽污染后续的气体检测单元；
D．半透膜脱气
半透膜脱气：即薄膜渗透，利用某些高分子薄膜的透气选择性，即薄膜只允许油中溶解的某些组分溶解气体渗透到气室里而阻止其他气体透过。薄膜材料主要为一些高分子有机物，例如聚四氟乙烯、芳香族聚酰胺膜。
气体透过半透膜的一般过程：
1. 气体分子流向膜，与膜面接触；
2. 气体溶入膜表面；
3. 气体在浓度差推动下，在膜内扩散，到达膜的另一面；
4. 气体从膜表面释出。
半透膜脱气技术的特点：
（1）平衡时间长，一般要几小时、十几小时甚至几十小时，不同故障气体的平衡时间差别很大，难以按照亨利系数求取油中气体体积分数的实时值；
（2）监测效果与安装位置有关；
（3）半透膜为有机材料，长时间运行，会导致老化甚至破损；需要定期维护和更换；
E．真空动态顶空油气分离技术
真空动态顶空油气分离技术的原理是：首先将油气分离装置抽为真空，然后将油样导入装置；在50℃恒温状态下，从油中析出气体在气泵的推动下对油样进行鼓泡（相当于搅拌），使油中溶解气体进一步分离，达到溶解平衡状态。该方法的优点是脱气率高、重现性好，不消耗、不污染变压器油，油气分离速度快，只需10分钟就可以达到溶解平衡状态。可实现连续脱气,从而可保证连续分析。
真空动态顶空油气分离技术特点
（1）脱气速度更快，平衡时间从原来的数小时缩短到10分种以内，使系统的最小监测周期缩短到45分钟，有效提高了色谱在线监测系统对变压器油中气体变化的反应速度，可更加及时有效监测到放电类发展速度较快的变压器内部故障。
（2）脱气效率更高，提高了系统对微量气体的检测灵敏度，尤其对C2H2气体的检测限提高到0.1PPM。
（3）采取对脱气油样的恒温控制，消除了不同油温对检测结果的影响 。
（4）由于采用了负压吹扫技术，系统安全得到了本质保证，消除了正压吹扫对变压器运行所构成的安全风险。油气分离装置如果采用载气实施正压吹扫，一旦油样采样电磁阀发生故障或反向密封性能不好（电磁往往存在反向渗漏），高压的载气就将从采样电磁阀进入变压器本体，则将导致瓦斯继电器误动而造成变压器停电事故。
参考文献：
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论文作者:向方云,张俊,刘佳航,黄文滔
论文发表刊物:《电力设备》2017年第35期
论文发表时间:2018/4/27
标签：色谱论文; 脱气论文; 变压器论文; 气体论文; 油气论文; 在线论文; 技术论文; 《电力设备》2017年第35期论文;