快速在线监测一体化气相色谱仪系统应用于变压器油溶解气体组分的测定

变压器是电网系统的核心设备，安全运行至关 重要。《中国电力行业年度发展报告2024》显示，截至 2023年底中国全口径发电装机容量292224万千伏，发电量已超过全球发达国家总和，在网运行的变压器数量超1700万台。随着国家新质生产力发展和“ 双碳 ” 战略推进，电力部门对变压器油色谱在线监测装置的检测精度、数据稳定性、可靠性及维护便捷性提出了更高的要求。油中溶解气体分析技术通过监测变压器绝缘油中氢气（H2 ）、甲烷（CH4 ）、乙烷（C2H6 ）、 乙烯（C2H4 ）、乙炔（C2H2 ）、一氧化碳（CO）、二氧化碳 （CO2 ）等故障特征气体的含量，便能可靠反映出变压器油过热性放电、油中电弧、火花放电，或绝缘破坏性故障的特点，为变压器的故障预测提供重要的数据支持，是实现变压器类设备潜伏性故障早期预警的核心手段。

目前，变压器绝缘油中故障特征气体的检测方法主要有气相色谱法、气敏传感器法、光声光谱 法和红外光谱法、光纤传感技术等。气相色谱法分离效果好，检测灵敏度和检测可靠性高，是目前《绝缘油中溶解气体组分含量的气相色谱测定法》 （GB/T 17623-2017）规定的方法，也是《变压器油 中溶解气体分析和判断导则》（DL/T 722-2014）等标准的气体检测推荐用方法和实验室离线检测方法。该方法需要多根色谱柱并联或串联分析，流程较为复杂，色谱柱和检测器的分离效率和检测器灵敏度需进一步提高等问题。光声光谱法具有检测灵敏度高、测量范围广、测试速度快、免标定的特点，但在线监测装置易受周边环境磁场、噪声等工况的干扰，且目前的检测精度仍然不够。刘丽娴等研究显示该方法下CO和C2H2的检测下限分别为4 μL/L和5 μL/L，无法满足最新标准《变压器油中溶解气体在线监测装 置技术规范》（Q/GDW 10536-2021）中乙炔最小检测浓度不大于0.5 μL/L的要求。红外光谱法可免维护工作，监测分辨率、精度、重复性效果均好，但装置易受其他干扰气体影响，基线容易漂移，对环境 湿度极其敏感，维护费用高，较难普及，且Ｈ2没有红外光谱吸收，无法与油中其他溶解气体同步监测。气敏传感器法具有响应快速、灵敏度高、成本低等优势，但检测精度和准确度不够，选择性差，且交叉敏感严重，仅适合用于初步筛查和预警。目前电力系统在运的油色谱在线监测装置来自不同厂家不同品牌，质量参差不齐，在实际运行中故障率高、准确度低、误告警多等仍然是突出问题。因此，电力系统亟需一款既能长期稳定运行，维护简单，又能确保数据准确性和可靠性的油色谱在线监测设备，保障国家电网安全。 基于此，本试验研发了一款融合多项关键技术突破与创新结构设计的油色谱在线监测一体化装置，并通过加速试验与模拟平台测试，完成了装置核心技术 的性能验证。

一、一体化装置模块化设计及关键技术

1.  模块化设计

通过模块化设计和自动控制技术，研制出的新型油色谱在线监测一体化装置，可实现变压器绝缘油中气体样品的采集、检测、数据分析和处理的全流程自动化。装置主要包括油气分离单元、气体采集单元、 气体检测单元、色谱数据采集单元、数据处理单元、数 据诊断及预警单元、自标定及自修正单元等模块。其中气体采集单元包含标准气体进气单元、环境空气进气单元和油中分离气体采集单元（见图1）。每个独立单元均包含控制模块和数据传输模块。油色谱监测装置通过辅助控制模块和通信控制模块实现与远程监控平台的通信。与现有油色谱监测设备相比，本装置的优势是：设计了环境空气进气单元，将环境空气中的甲烷响应偏差纳入油色谱监测装置的实时监测指标。当检测到甲烷响应异常时，可即时启动装置中的自标定单元，通过自标定分析结果进一步准确判断油色谱监测装置是否存在异常，既能实时监控并捕捉到油色谱监测装置的异常，提高获知设备异常的及时性，又可保证设备检测的准确性。

2. 油色谱在线监测一体化装置及工作流程

基于装配的一体化油色谱在线监测装置的外观图如图2所示。装置运行时，先按设定的频次监测环境空气中的甲烷，经系统确认结果无偏离后，再进行常规检测，即用精密数字注射泵定量吸取油样进入油气分离单元，分离出的气样由电动六通阀自动注入气体检测单元，在载气推动下气样经单色谱柱充分组分分离后，进入检测器定量分析。色谱数据采集和处理单元完成数据的采集和转换，储存、计算和分析，再经数据诊断及预警单元对数据进行诊断，并将处理结果上传至一体化远程监控 平台。

二、实验部分

按照《变电设备在线监测装置检验规范第 2 部分：变压器油中溶解气体在线监测装置》（DL/T 1432.2-2016）的要求配制中、低或高浓度的标准油样，用于最小检测周期、最小检测浓度、准确性、重复性以及交叉敏感性测试。配制好的标准油样接入油色谱一体化监测装置进行检测，可得到7种 特征气体的色谱图（见下图4）。最小检测周期试验：记录油色谱一体化装置3次完整的测试所需要的时间，并计算平均值，得到最小检测周期为25 min，远优于标准Q/GDW 10536-2021 中最小检测周期不大于2 h的要求。

循环测试期间，每个月均开展2次重复性测试实 验，不同浓度的色谱叠加图如下图6所示。按《变电设备在线监测装置现场测试导则第1部分：变压器油中溶解气体在线监测装置》（DL/T 2145.1-2020）的要求，取低、中、高3种浓度的标准油样做重复性测试，油样连续检测7 次，取后6次的监测值计算相对标准偏差（RSD）。

本试验开发的油色谱在线监测一体化装置在油气分离、色谱分离、实时校准和载气供应等关键技术上实现多项创新：（1）采用恒温负压360°动态脱气技术，将油气分离时间由主流技术的15~20 min降至10 min，大幅提升了脱气效率与速度；（2）通过高性能复合色谱柱实现单柱一次性高效分离7种故障特征气体，简化流程并提高了分析效率；（3）引入基于环境甲烷的修正机制，有效保障数据稳定性和可靠性性；（4）配套新型空气发生器，确保持续稳定的低杂质干燥空气供应。6个月超5000次的实验室高频不间断加速试验及模拟平台测试结果均显示，本油色谱装置显著提升了在线监测的精度、效率、稳定性与数据的准确性，可为电网系统的安全运行提供更有力的保障。

免责声明：本文章与图片采摘自公开中国知网平台的《分析仪器》2026 年第 3 期李助亚、李东宇*、赵崇智、李紫勇、杨 柳、裴利强“高稳定性变压器油色谱 快速在线监测一体化装置的研究应用”。基于色谱分析仪器知识的学习与交流，无任何利益索取，所有版权归作者或平台所有，如侵权请联系删除。