絕緣油中溶解氣體變壓器油色譜儀分析誤差來源
2020-12-16 11:06:24來源：admin
變壓器油色譜儀檢測絕緣油中的溶解氣體，是診斷充油設備內部故障最為有效的方法，可以有效保障大型充油變壓器的安全穩定運行。絕緣油中溶解氣體變壓器油色譜儀具有系統性，分析過程涉及環節較多，取油樣、脫氣、儀器標定、樣品氣定性分析、樣品氣定量分析等都會對分析結果產生影響，因此分析結果往往存在一定的誤差。
1、取樣誤差
造成取樣誤差的主要因素為：取樣環境、取樣部位、注射器密封性、取樣閥、取樣連接系統密封性等。取油樣要在全密封狀態下進行，使用 100 mL 全玻璃注射器，通過正壓取樣，完成50 ～ 90 mL 取樣量。注射器取樣時，應使用三通把注射器和取樣連接系統內的氣泡趕出，用充滿油的膠帽密封。注射器要放置在專用取樣箱內，避光保存。取樣前要把死油放掉， 油樣放置時間不能過長，因為油樣放置時間愈長，油中氣體愈容易逸散，分析誤差愈大。
2、 脫氣誤差
從絕緣油中脫出溶解氣體是色譜分析試驗的主要環節，其中脫氣裝置、操作方法、用油量、測量精度、密封性等均是造成分析結果誤差的來源。為保證脫氣結果的重復性，脫氣裝置要保證符合《絕緣油中溶解氣體組分含量的氣相色譜測定法》（GB/T 17623—2017）（以下簡稱國標）的要求。油樣體積和脫出氣體體積讀數要精確。油樣體積按國標要求為40mL，氣體自油中脫出后，應盡快轉移到注射器中，以免氣體回溶到油中。脫出氣樣應盡快分析，避免長時間儲存造成氣體逸散，影響分析結果。采用振蕩脫氣方式時，如果室溫較低，油樣應先預熱，因為振蕩平衡狀態應在 50 ℃下進行，振蕩后脫氣量對結果有影響， 應準確讀數。振蕩后立刻將油樣中的氣體取出，若需要暫時保存，應保證振蕩儀內的溫度在 50 ℃。另外，使用的注射器（規格100、10、5mL 等）、針頭、小膠帽等也需要有良好的密封性。
傳統的機械振蕩法脫氣效率高，重復性及再現性能滿足要求。但是，操作步驟煩瑣、工作強度大、對操作人員要求高等均是分析結果誤差的主要來源，增大了測量結果的不確定度，國標對氣相色譜法測定絕緣油中溶解氣體分析的測量不確定度有明確的要求。脫氣、樣品氣轉移等步驟極易被人為干擾，如果可以實現自動注油脫氣，即可避免人為操作引入的分析誤差，大大提高分析結果的準確性。
3、儀器標定誤差
變壓器油中溶解氣體色譜分析主要采用外標法， 影響標定準確性的因素為進樣重復性和儀器的穩定性。進樣是整個分析過程的關鍵環節，對操作人員的水平要求較高，一定要嚴格按照“三快”“三防”的操作規范，即進針要快、準，推針要快，取針要快， 防漏出氣樣、防樣氣失真、防操作條件變化，保證進樣針的密封性。由于色譜儀數據處理工作站多采用計算峰面積，所以峰面積的計算誤差可忽略。
目前，傳統實驗室色譜多采用手動進樣的方式， 極易因操作人員水平及個體之間的手法差異造成分析結構重復性及準確性下降。采用自動進樣，可以有效避免因人員操作不規范引入的分析誤差，顯著提高進樣重復性，從而降低進樣重復性引入的不確定度。
4、定性及定量誤差
定性和定量計算直接影響分析結果，樣品組分的定性以已知標準氣體各組分的保留時間為依據，即樣品出峰時間和標準氣體各組分出峰時間一致，可認為是同一種組分。其誤差產生原因主要為：認峰錯誤、操作條件變化、色譜柱分離度下降等。
定量計算一般是以峰高或峰面積為基準。但是， 色譜峰受到干擾、基線漂移等都會造成工作站峰處理不準確或峰形不規則，導致分析結果誤差。具體影響因素為：進樣針密封性差、溫度和氣路流量發生變化、進樣口污染、柱污染等。
不確定度來源及評定分析
1、測量不確定度來源
定期使用氣相色譜法進行油中溶解氣體各組分含量的檢測，可及時發現充油設備內部存在的潛伏性故障。國標給出了絕緣油中溶解氣體分析的標準測試流程及計算公式。根據該標準的要求，對氣相色譜法測定絕緣油中溶解氣體各組分含量的測量不確定度進行分析。可知，試驗大氣壓力、標準氣體濃度、標準氣體峰面積測量、樣品溶解氣體峰面積測量、脫出氣體的體積、脫氣用油樣的體積、分配系數等是造成樣品分析結果不確定度的來源。
2、測量不確定度各分量評定
2.1標氣濃度、峰面積及大氣壓力引入的相對標準不確定度
大氣壓力相對標準不確定度 Urel(P) 和標氣濃度相對標準不確定度 Urel(Cis) 均可視為正態分布，用 B 類評定方法評定。由于氣相色譜儀色譜數據處理工作站采用計算峰面積來計算各組分濃度，所以可忽略峰面積的計算誤差。標樣峰面積測量引入的相對標準不確定度 Urel(Ais) 和樣品峰面積測量引入的相對標準不確定度 Urel(Ai) 均取決于進樣重復性引入的不確定度，可按均勻分布考慮。
2.2樣品振蕩脫氣引入的相對標準不確定度 Urel(Ri) 樣品振蕩脫氣不確定度 Urel(Ri) 主要來源于取樣體積、脫出氣體的體積和被測各組分的分配系數。脫出氣體體積的測量引入的標準不確定度 U(Vg) 由 5 mL 全玻璃注射器的標準不確定度 U(Vg1) 和測量讀數的標準不確定度 U(Vg2) 兩部分組成，脫出氣體體積溫度校正時由室溫引入的標準不確定度 U(t) 用B 類評定方法評定。其經體積校正為 U(Vg')。
取樣體積引入的標準不確定度 U(V1) 由 100 mL 全玻璃注射器的標準不確定度 U(V11) 和測量讀數的標準不確定度 U(V12) 組成，油樣體積溫度校正時的室溫引入的標準不確定度 U(t) 用B 類評定方法評定。其經體積校正為 U(Vl' )。分配系數 Ki 值主要與絕緣油化學組成和振蕩儀恒溫室溫度有關。國標要求恒溫振蕩儀控溫精度在（50±0.3）℃范圍內。在符合控溫精度的范圍內，樣品振蕩脫氣時視 Ki 值為標準值，其引入的不確定度可忽略，即 U(Ki)=0。因此，油樣振蕩平衡脫氣引入的合成標準不確定度的有關計算公式為：
2.3 測量結果的合成相對標準不確定度
讀數不準確、進樣及取氣手法不對等傳統實驗室絕緣油色譜分析中常見的人為操作會造成取油體積、脫氣體積讀取誤差大，標樣和樣品峰面積重復性差等問題，從而增大測量結果的合成相對標準不確定度。本文介紹的絕緣油色譜自動分析裝置利用自動脫氣、自動閥進樣、虛擬儀器設計等技術，可以在分析流程不變的情況下避免分析過程中的人工操作，實現從進油樣到結果分析整個流程的自動化。這樣可以有效避免傳統實驗室色譜分析中人為干預引入的系統分析誤差，降低絕緣油色譜的分析不確定度。
3、設備結構
當前，電力行業的絕緣油分析通常使用常規的氣相色譜儀、機械振蕩脫氣裝置，其間需要人工操作設備。用戶需要分別單獨操作一整套設備，步驟煩瑣， 效率低，而且樣品前處理及轉移過程中不可避免地出現人為操作不規范、針管一致性差、操作習慣差異導致分析結果誤差較大等問題。為解決目前存在的這些問題，實現絕緣油色譜分析的自動化，提升絕緣油色譜分析數據的準確性，本文提出了一整套分析重現性更好、數據準確度更高的全自動化分析設備來代替傳統的手工操作。這樣可以提高絕緣油色譜分析的整體水平，保障分析數據的準確性及可靠性
現行的色譜分析檢測手段仍存在試驗周期較長，人工操作引入誤差大等問題。因此，對常規油中溶解氣體試驗方法進行誤差分析，采取相應措施保障油浸式變壓器的安全穩定運行，將給電力企業帶來巨大的經濟效益和社會效益。
