縮短色譜分析中標準氣體標定時間的方法研究與實踐

朱文超+朱穎

摘要：絕緣油作為充油電氣設備的主要絕緣介質，其性能的優劣影響設備的安全運行，通過油中溶解氣體等項目分析，確保絕緣油滿足電氣設備的安全運行要求，為狀態檢修提供依據。文章針對在色譜分析中標準氣體標定所遇到的問題，通過添加匹配取樣口的膠帽、制作標氣瓶固定裝置及出氣閥門的延伸氣管，縮短色譜分析中標準氣體的標定時間。

關鍵詞：標準氣體；標定時間；膠帽；固定裝置；延伸氣管；色譜分析 文獻標識碼：A

中圖分類號：TQ113 文章編號：1009-2374（2016）33-0025-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.33.013

近年來，通過絕緣油中溶解氣體的組分含量分析，診斷充油電氣設備內部的潛伏性故障，是被證明行之有效的絕緣監督的重要手段，在電力系統中得到普遍應用和重視。目前，測定油中溶解氣體組分含量的測定方法是氣相色譜法，對絕緣油中溶解氣體組分進行分析，即對判斷充油電氣設備內部故障有價值的氣體，氫氣（H2）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、總烴。絕緣油的總烴、乙炔和氫氣含量過高或產氣速率過快，可判斷絕緣油存在問題，對電網的安全穩定運行可能造成嚴重影響。然而，由于油中溶解氣體分析操作環節多，分析流程不統一及操作人員分析熟練程度上的差異等因素，就會致使分析結果的重復性、可比性差，誤判、漏判故障的情況時有發生，嚴重地影響了電力的生產安全。

1 氣相色譜定量分析的概述

氣相色譜定量分析的依據是：被測物質的量與它在色譜圖上的峰面積成正比，即在一定條件下，被測組分物質的含量與檢測器輸出信號所形成的峰面積呈線性關系。

1.1 峰面積的測量

峰面積是微分色譜圖上給出的基本定量數據，峰面積測量的準確性直接影響定量誤差的大小。現采用的是峰高參數來替代峰面積參數，用以計算組分的含量。

1.2 校正因子的測量

大量試驗表明，同一物質在不同類型檢測器上的響應值是不同的，而不同物質在同一檢測器上的響應值也是不同的。為了得到檢測器的響應值與物質含量的關系，就必須對響應值進行校正，這個值就是定量校正因子。校正因子有絕對校正因子和相對校正因子之分，絕對校正因子是單位峰面積所對應的被測物質的濃度（或質量）；相對校正因子只與檢測器類型有關，與色譜操作條件無關，可查表進行引用。

1.3 定量方法

定量方法主要有歸一法、內標法和外標法。這三種定量方法都有其特定的使用條件，分析人員要根據儀器、樣品、分析條件的情況，正確地選擇不同的定量方法，否則會帶來較大的測量誤差。

面積歸一法是將所有組分的峰面積分別乘以它們的絕對校正因子后求和，即所謂“歸一”；內標法是將已知濃度的標準物質（內標物）加入到未知樣品中去，然后比較內標物和被測組分的峰面積，從而確定被測組分的濃度。現采用的方法是外標法，即配置一個已知被測組分含量的標樣，然后定量測得值A，再進樣同體積的樣品，測得值B，通過對比校正，得到樣品的組分含量。優點是快速簡單，只要待測組分出峰且完全分離即可，缺點是要求進樣量和操作條件不變，多點校正要配系列標樣，現試驗室采用的是單點校正。外標法屬于絕對法，雖然操作簡單，但測量誤差與操作條件有關，測量誤差相對較大。

2 標準氣體標定（外標法）的應用問題

標準氣體的標定數值穩定性及準確性問題，將直接影響樣品組分含量的準確性。試驗規程要求，色譜分析的準確性及時效性需要保證，這就要求標氣的標定要快且準，保證樣品組分值的可靠性和真實性。

近年來，從大量的色譜分析試驗中，發現標準氣體標定存在準確性與穩定性方面的問題。標準氣體標定所需的次數呈無規律型，同一試驗人員在不同的時間點，標定次數也不相同，標準氣體的標定值也有變化。經過班組的色譜分析工作經驗積累，結合“4M1E”原因類別分析法，整理其因果圖，總結處理三處需要改進的地方，如以下所述：

第一，標氣瓶的取樣口缺陷，通過定性檢漏試驗，發現標氣瓶的出氣口存在輕微的泄漏。出氣口處有硅橡膠墊，膠墊的密封性差易導致空氣滲透到出氣口的死體積中，使得該體積中的組分含量發生變化，在進行標氣的取樣時，此體積里的受污染標氣依然存在，進而導致測試結果重復性差。

第二，標準氣體瓶并未固定在定置點，在取樣過程中，標準氣體瓶易晃動，取樣針的插入及抽出都會伴隨較強烈的不穩定，同時實驗人員的操作習慣也會有影響，直接影響標準氣體取樣的穩定性。

第三，標準氣體瓶的取樣口較低，試驗人員需要俯身或蹲下進行取樣，導致動作容易發生偏差，從而導致取樣的不穩定性。

3 目的

圍繞上述引起標準氣體標定準確性與穩定性的三個因素，本文擬添加匹配取樣口的膠帽，制作標準氣體瓶的固定裝置及出氣閥門的延伸氣管，保證標準氣體標定快且準，樣品組分含量的可靠和真實。

4 實施部分

4.1 膠帽的應用

根據取樣口的尺寸，添加與之相匹配的取樣口膠帽；對市面上的膠帽材料及尺寸進行篩選，尋找合適的密封膠帽。

4.2 制作標準氣體瓶的固定裝置

合理地在試驗室中選定標準氣體瓶的固定位置，并聯系廠家進行施工改造，將標準氣體瓶固定在一處，保證取樣針的插入及抽出操作保持平穩性。

4.3 制作出氣閥門的延伸氣管

對標準氣體瓶的取樣口進行延伸氣管的接駁，保證取樣口保持在合理的高度及位置，改進取樣工作中的人機功效問題。

5 結果與討論

5.1 膠帽應用的影響

通過添加膠帽來對比檢驗是否在標準氣體標定次數上得到改進，如圖1所示：

從圖1中可以看出在同等情況下，添加膠帽會讓標準氣體瓶的出氣口死體積中的組分含量穩定性更好，減少標定的次數。

5.2 標準氣體瓶固定裝置的影響

通過固定標準氣體瓶來對比試驗人員取樣的成功率是否有提高，如圖2所示。

從圖2中可以看出，固定標準氣體瓶能夠減少取樣時的晃動，提高取樣的成功率，減少取樣的次數；而不固定標準氣體瓶，會使取樣時產生晃動，取樣的成功率受到影響，大大增加了取樣的次數。

5.3 出氣閥門延伸氣管的影響

通過制作出氣閥門的延伸氣管來對比試驗人員在標準氣體取樣步驟中的人機功效滿意度，如圖3所示：

從圖3中可以看出，增加延伸氣管，讓試驗人員可以進行舒服地取樣，符合人機功效的要求，提高試驗人員的工作滿意度。

6 結語

綜上所述，針對班組色譜分析工作經驗積累中總結的三處需要改進的地方，相對應地添加匹配取樣口的膠帽，解決標準氣體瓶的取樣口缺陷，測試結果重復性差的問題；制作標準氣體瓶的固定裝置及出氣閥門的延伸氣管，解決標準氣體取樣動作不穩定的問題。經過正式投入到試驗工作中后，極大地縮短了色譜分析中標準氣體的標定時間，有效地減少了標定次數、提高了取樣成功率、解決了試驗工作的人機功效問題，確保了油色譜試驗的準確性，提高了油色譜試驗的工作效率，使色譜分析能夠在短時間內能順利并準確地完成試驗，以便及時發現設備存在的隱患。

參考文獻

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作者簡介：朱文超（1989-），男，廣東清遠人，廣東電網有限責任公司江門供電局助理工程師，研究方向：化學。

（責任編輯：黃銀芳）