一、变压器油气相色谱分析仪的核心原理：气相色谱分离机制

1. 气液分配与吸附差异
   • 色谱柱内填充固定相（如高分子多孔微球、分子筛等），载气（如氮气、氢气）作为流动相携带样品气体通过色谱柱。
   • 不同气体组分（如 H₂、CH₄、C₂H₂等）与固定相的作用力不同：
     • 极性强或分子量大的组分与固定相吸附力强，在柱中停留时间长；
     • 极性弱或分子量小的组分则快速通过色谱柱。
   • 这种差异导致各组分按顺序流出色谱柱（如 H₂最先流出，C₂H₂最后流出），实现分离。
2. 保留时间定性
   • 每种气体组分从进样到流出色谱柱的时间称为保留时间（tR），其数值仅与组分性质和固定相特性相关。
   • 通过与标准气体的保留时间对比，可确定样品中各气体的种类。

二、变压器油气相色谱分析仪关键流程：从油样到气体检测的完整路径

1. 油中气体的脱气

• 目的：将变压器油中溶解的气体（如故障产生的 H₂、烃类、CO 等）与油相分离，形成可供分析的气相样品。
• 方法：
  • 振荡脱气法（常用）：在密封容器中，油样与惰性气体（如氮气）剧烈振荡，利用气液平衡原理使气体转移到气相。
  • 真空脱气法：通过抽真空降低气压，促使油中气体逸出。
  • 顶空脱气法：加热油样，利用温度升高降低气体在油中的溶解度，使气体逸出。

2. 气相色谱分析流程

• 载气系统：
  • 载气（如 N₂）经减压、净化后，以恒定流速通过色谱柱，推动样品气体前进。
  • 载气纯度需≥99.999%，避免杂质干扰分析。
• 进样系统：
  • 用微量注射器将脱气后的气体样品注入进样口，进样口温度需高于样品中沸点最高组分的温度（如 200℃），确保样品瞬间汽化。
• 色谱柱分离：
  • 样品汽化后被载气带入色谱柱，各组分因与固定相的作用力差异而分离，按顺序流出色谱柱。
  • 常用色谱柱类型：
    • Porapak Q 柱：分离 CO、CO₂、CH₄等极性气体；
    • 5A 分子筛柱：分离 H₂、O₂、N₂等小分子气体。
• 检测器定量：
  • 分离后的气体依次进入检测器，产生与组分浓度成正比的电信号，经放大后形成色谱峰。
  • 常用检测器：
    • 热导检测器（TCD）：适用于 H₂、O₂、N₂等无机气体，基于不同气体热导率差异检测；
    • 氢火焰离子化检测器（FID）：适用于烃类气体（CH₄、C₂H₂等），通过燃烧产生离子流检测。
• 数据处理：
  • 色谱工作站记录各组分的保留时间和峰面积，通过与标准曲线对比，计算样品中各气体的浓度（如 μL/L）。

三、变压器油气相色谱分析仪故障诊断的理论依据：产气原理与特征气体

1. 变压器内部故障的产气机制
   • 过热故障（如接触不良、铁芯短路）：
     • 高温下油和绝缘材料分解，产生 CH₄、C₂H₄（中低温）或 C₂H₂（高温 > 700℃）。
   • 放电故障（如局部放电、电弧）：
     • 高能放电使油分子裂解，生成 H₂、C₂H₂（特征气体）。
   • 绝缘受潮：
     • 水分催化油分解，产生大量 H₂。
   • 固体绝缘老化：
     • 纤维素降解生成 CO、CO₂。
2. 三比值法与特征气体组合
   • 通过计算三种气体比值（C₂H₂/C₂H₄、CH₄/H₂、C₂H₄/C₂H₆），对照 GB/T 7252 标准，判断故障类型：

     比值组合	故障类型	典型特征气体
     0,2,2	高温过热（>700℃）	C₂H₄为主，含 C₂H₂
     1,0,2	电弧放电	C₂H₂、H₂含量高
     0,1,2	低能放电（局部）	H₂、CH₄、C₂H₂