变压器油中糠醛含量的色谱分析法(图文)

论文导读：电力系统用绝缘纸应用于变压器的油纸绝缘系统中。合格的新变压器油、变压器内部非纤维素绝缘材料的老化都不会产生呋喃甲醛，变压器油中的呋喃甲醛是唯有在纸绝缘老化才生成的产物，故检测变压器油中糠醛的含量，可以敏感反应变压器纸绝缘的老化情况。目前糠醛的检测方法主要有液相色谱法、红外光谱法、气相色谱法。
关键词：纤维素，糠醛，老化，绝缘纸

 

0 引言

电力系统用绝缘纸应用于变压器的油纸绝缘系统中。以绝缘油和纸板作为主要的结构型式作为变压器的主绝缘，采取薄纸筒小油隙结构。这种结构把油隙分割得很细、电场很均匀，油填充了纸中薄弱点的空气隙，纸在油中起屏蔽作用，故总体耐电强度很高，间隙的击穿强度可大大提高。

糠醛，学名呋喃甲醛，分子式为C5H4O2,是呋喃环系最重要的衍生物，有杏仁样气味。变压器油中的呋喃甲醛是变压器绝缘纸的纤维素受高温、水分、氧气等作用后裂解的产物，而非变压器油裂解生成的[1]。变压器是电力系统最重要的电力设备之一，它的安全稳定运行与其绝缘系统有直接关系，绝缘纸则是变压器绝缘系统中重要的构成部分，因此绝缘纸的老化程度是评估电力变压器性能的重要指标[2-5]。

1 产生机理及检测方法

合格的新变压器油、变压器内部非纤维素绝缘材料的老化都不会产生呋喃甲醛，变压器油中的呋喃甲醛是唯有在纸绝缘老化才生成的产物，故检测变压器油中糠醛的含量，可以敏感反应变压器纸绝缘的老化情况。电力变压器的绝缘纸属于纤维素绝缘材料，它是由90%的的α一纤维素，10%的半纤维素及极少址的木素等构成。纸绝缘在热作用下会发生裂解反应。温度升高时反应加速，水解和氧化的作用还会使绝缘材料剧烈分解。目前糠醛的检测方法主要有液相色谱法、红外光谱法、气相色谱法。气相色谱法由于样品中大量烃类的严重干扰，使测定条件的选择十分困难，样品前处理难度很大。红外光谱法灵敏度较低，使其的应用存在一定的局限性。免费论文参考网。目前在电力系统应用较多的是液相色谱法，本文采用的既是高效液相色谱法检测油中呋喃甲醛的含量，采用经蒸馏提纯的呋喃甲醛为外标物，旨在建立准确、灵敏的检测方法，为进一步研究优化分离条件奠定基础。

2 实验部分

2.1 仪器与试剂

日本岛津公司LC-10ATVP高效液相色谱仪，配二极管阵列检测器(PDA),CLASSVP 6.14工作站，美国Millipore公司Milli-QGradient型超纯水仪，AS3120A型超声波清洗器，奥特赛思特公司LDZ4-0.8型台式离心机（本实验小于4000r/min），美国M37610-26型可变速振荡器，G4微孔玻璃漏斗，0.45μm微孔滤膜

呋喃甲醛标样为天津市光复精细化工研究所生产的5ml色标糠醛；甲醇为永大试剂开发中心的经0.2μm滤膜过滤的高效液相色谱专用级甲醇试剂；水为美国Millipore公司Milli-QGradient型超纯水仪制出的超纯度水。

2.2 色谱条件

色谱柱：VP-ODS反相 C18毛细管柱（5μm,150mm×4.6mm）：柱温为40℃，流动相：A相为水，B相为甲醇，流速为1 ml/min，检测波长为275nm，进样定量环10μL ，进样器为岛津公司的7725i手动进样器。

2.3标准样品制备

利用天津市光复精细化工研究所生产的5ml色标糠醛，将糠醛溶于甲苯中用新变压器油稀释获得所需浓度的标准溶液。进样定量环固定为10μL，通过比较样品峰的峰面积、峰高来定量检测。免费论文参考网。

3结果与讨论

3.1分离条件的优化

3.1.1流动相配比的优化

考察了采用不同比例的水-甲醇作为流动相对呋喃甲醛峰形与分析时间、基线漂移等的影响，根据实验结果确定流动相为水-甲醇，体积比4：6，流速为1 ml/min，具体数据见表1：

表1 不同流动相配比的检测数据

随着流动相中有机相比例的增加，流动相的洗脱能力增强，从而缩短了梯度洗脱时间，使呋喃甲醛出峰提前。使用甲醇萃取样品中的呋喃甲醛，样品的溶剂效应影响可忽略。综合考虑，甲醇：水为4：6时，呋喃甲醛峰面积、峰高都是最合适的，因此流动相甲醇与水的比值选取为4：6

3.1.2梯度洗脱方法的优化

在流动相为甲醇-水体积比4：6，流速为1 ml/min时，改变梯度洗脱的残留物洗脱时间及梯度陡度。免费论文参考网。当强洗脱容积组分增加时，三个梯度陡度T分别是120%/min、100%/min和 75%/min。梯度陡度的增加缩短梯度洗脱时间，同时也降低各组分的分离度，呋喃甲醛之后的杂峰为变压器油中的残留物，将这些残留物尽快清理出柱，以免影响下次样品的分析。进行三种梯度洗脱试验，结果显示：在第二种梯度条件下峰形舒展、重现性好、残留物洗脱完全、迅速，故可采取如下的梯度条件进行梯度洗脱：40%B100%B40%B之后数据处理及采集样品的时间可充分平衡系统。

3.1.3萃取时间的优化

在流动相为甲醇-水体积比4：6、流速为1 ml/min、2号梯度洗脱时，选择不同的萃取时间，检测结果见表2

表2 不同萃取时间的检测数据

由上表可知：当萃取时间达到1分钟以后，峰面积和峰高变化不大，因此萃取时间只要长于1分钟即可。

3.3方法的评估

3.3.1方法的回收率及相对标准偏差

以不含呋喃甲醛的新变压器油和呋喃甲醛标准溶液为实验材料进行加标回收率和相对标准偏差测定。在新变压器油中添加4个浓度水平（0.5、1.0、5、10mg/l）的呋喃甲醛标准溶液。每个浓度水平的标准溶液平行测定5次，实验结果表明,方法的回收率为85.1%~104.6%相对标准偏差为4.8%~9.5%

3.3.2方法的适用性

按上述样品处理方法对河北南部电网74台变压器进行呋喃甲醛含量的检测（变压器型号不同、所用油为25、45两种牌号，少部分变压器油添加了少量航空油或日本进口油）结果表明方法适用性强，可适用于全部电力变压器用绝缘油呋喃甲醛的检测。

3.4实际样品的测定

按上述方法及色谱条件对样品进行检测，样品取自保定供电公司某变电站1号变压器，型号为SFSL7-31500/110，油重18.6吨，运行时间30年，平行测定5次，结果表明样品中呋喃甲醛的含量为0.213 mg/l。色谱图如图2所示

图2 样品的色谱图

在此色谱条件下，可以看出在此条件下波长选择275nm是最合适的。即使在含量较小时，也可检测出油中的糠醛含量，其等高线图如图3所示：

图3 样品在每个波长相对于时间的吸光度的俯视图

4 结论

采用了萃取法处理变压器油样品，方法简便、快速、准确。方法定量限为0.01mg/l，可满足国家规程的要求，为电力变压器原始档案的完备提供了保障，对设备资产寿命的评估有重要的指导意义[12]。流动相配比的优化及强梯度陡度洗脱法能使呋喃甲醛保留时间提前、提高了工作效率，也可使油中残留物更快的离开系统，提高了分析的准确性。

参考文献：
[1] 沈一平. 高压电器，2008，44(1):84
[2] 达世禄. 色谱学导论. 武汉：武汉大学出版社， 1999：489
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[9] 郑东升，张仲旗. 福建电力与电工，1995，15（1）：33