变压器光声光谱
电力变压器的光声光谱油色谱在线监测
摘要：本文介绍了电力变压器光声光谱和油色谱两种在线监测技术原理，并介绍了这两种在线监测技术相关的诊断方法，关键词：变压器油色谱光声光谱在线监测0引言变压器是电网系统的核心设备之一，它的运行状态对系统安全具有重要影响。
随着对变压器运行维护要求的不断提高，变压器故障在线诊断技术的研究工作得到了越来越多的关注。
近年来，随着电力变压器在线监测技术得到迅速发展，加上计算机技术和通信技术使得电力变压器检测数据可以及时的处理与传输，并得到实时的运行状态数据，令在线监测技术成功应用于实际的工程中去。
然而，由于检测技术尚有一定的局限性，以及电力变压器内部故障存在的复杂性，当前应用中的在线监测系统的可靠性和稳定性仍显不足。
本文着重分析了电力变压器的光声光谱和油色谱在线监测技术，阐述了两种技术的原理，以及相应的诊断方法等。
1两种在线监测技术原理变压器是电力系统中的重要设备之一，其安全运行状态直接关系到系统的安全稳定。
油浸电力变压器在正常运行中和发生故障后，在热、电的作用下，其绝缘油及有机绝缘材料会分解出H2，CH4，C2H6，C2H4，C2H2，CO和CO2等气体，这些气体可用于判断故障类型及故障部位。
对特定油中溶解气体进行定性定量分析，可以直观、高效地预判出电力变压器的潜伏故障。
1.1电力变压器光声光谱在线监测原理1.1.1光声光谱技术光声光谱(Photo-acoustic spectrometry) 技术是基于光声效应来检测吸收物体积分数的一种光谱技术。
该技术的优势为：①可实现非接触性检测，对气体无消耗；②无需分离气体，不同气体的成分和含量可直接通过光谱分析确定；③各器件的性能稳定，可实现在长期使用中免维护；④能够对气体吸收光能的大小进行直接测量，且比傅里叶红外光谱技术灵敏度更高；⑤测量的精度高，范围广，同时检测速度快,具有重复性和再现性。
一般情况下，多数气体分子的无辐射跃迁主要处于红外波段，因而光声光谱技术对气体的定性定量分析，是通过对气体对相应于特征吸收峰的特定波长红外光的吸收量的测量来实现的。
牵引变的光声光谱检测故障
用光声光谱法检测牵引变压器故障摘要：高速铁路用牵引变压器是一种大容量油浸式变压器，在诊断牵引变压器运行情况或预测故障隐患时，常以变压器油中溶解气体作为分析判断的依据。
变压器油中溶解气体的在线监测及故障诊断方法较多，本文通过描述光声光谱检测技术的原理，介绍该法在牵引变压器故障检测中的应用，以提高高速电气化铁道牵引供电系统运行的安全稳定性。
关键词：牵引变压器；光声光谱；溶解气体；故障诊断The traction transformer fault diagnosis based on Photoacoustic Spectroscopy TechniqueAbstract:0．前言随着现代高铁铁路对牵引供电系统的要求越来越高，对牵引变压器检测和维护任务显得极其重要[1]。
通常在牵引变压器的故障检测试验中做油气分析，因为在正常运行中起绝缘、散热、消弧等作用的变压器油，在长期运行和发生故障时在热和电的作用下，变压器油及器身内有机绝缘材料常分解出不同含量的，，，，，，等气体在变压器油中，通过定期分离和检测气体的含量便可以诊断和预测变压器中的鼓掌。
工程中常用的油气检测法如气相色谱法、气敏传感器法、傅里叶红外光谱法等，但在长期使用中发现，这些方法存在取样复杂、消耗载气、交叉敏感、长期稳定性差、检测气体组分不够齐全、实现连续性测量困难等缺点。
光声光谱技术应2H4CH26C H24C H22C H2COCO用光声效应来检测微量气体的体积分数，具有灵敏度高、选择性好、检测范围宽、不消耗载气等优点，本文通过介绍光声光谱技术原理，讨论该法在高铁牵引变压器故障诊断中的应用。
1.光声光谱技术原理光声光谱技术是基于光声效应，通过直接测量物质因吸收光能而产生热能的一种光谱量热技术。
气体光声效应是气体分子吸收特定波长的入射光后被激发，分子平均动能增加，部分能量随即以释放热能方式退激，根据气体V-T平衡方程，在密闭容器中表现为同比例增减的压力波。
光声光谱技术与气相色谱技术在变压器在线监测中的分析比较
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：Ｄ ｉ ｓ ｓ ｏ ｌ ｖ ｅ ｄ Ｇ ａ ｓ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｉ ｎ Ｏ ｉ ｌ （ ＤＧ Ａ ） ；ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ － ａ ｃ ｏ ｕ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｙ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ；ｇ ａ ｓ
ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍｅ ｒ ｏ ｎ — ｌ ｉ ｎ ｅ ｍｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎ ｇ ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏｒ ｆ ａ ｄ ｏ ｍｅ ｓ ｔ ｉ ｃ ＡＰ １ ０ ０ ０ ｎ ｕ ｃ ｌ ｅ ａ ｒ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｐ ｒ ｏ ｊ ｅ ｃ ｔ ． Ａ ｔ ｔ ｈ ｅ
内某 Ａ Ｐ １ ０ ０ ０ 核 电项 目中主 变压 器 、 高压 厂用 变压器 及辅 助变压 器在 线监测装 置选 型情况 ， 介绍了 光 声光谱技 术及传 统 的气相 色谱 技术在 变压器 油 中故障 气体 分 析 （ ＤＧ Ａ）的基 本原理 和产 品结构 ， 对 最小检 知 浓度 等技术 指标进 行 了对 比。最后 总结 了两种 不 同技 术 原理 的油 中故障 气体 在 线监测 设备 之 间的差 异 。 旨在 能为大 型 变压 器在 线监 测设备 选 型提供技 术参考 。 关键 词 ：油 中溶 解气体 分 析 （ Ｄ ＧＡ） ；光 声光 谱技术 ；气相 色谱 技术 ；最小检 知 浓度 Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ａ ｎｄ Ｃｏ ｍ ｐａ ｒ ｅ ｏ ｆ Ｐｈｏ ｔ ｏ — Ａｃ ｏ ｕｓ ｔ ｉ ｃ Ｓｐｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｙ Ｔｅ ｃ ｈｎｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎｄ Ｇａ ｓ Ｃｈｒ ｏ ｍａ ｔ ｏ ｇ ｒ ａ ｐｈ ｙ Ｔｅ ｃ ｈｎｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｉ ｎ Ｔｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍｅ ｒ ｏ ｎ－ ｌ ｉ ｎｅ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｎ ｇ
变压器油击穿过程光谱及电压分析
变压器油击穿过程光谱及电压分析摘要：本文以变压器油为样本，自行研制了一款液体击穿装置;尝试对针-针电极间隙变压器油实施了放电测试，观察变压器油放电期间带电粒子的分布情況与变化。
记录各种条件下产生的击穿电压，总结基本规律，旨在利用液体介质自身的绝缘特性，对脉冲功率设备进行优化设计。
关键词：变压器油;击穿过程;光谱分析;电压分析作为一种典型的绝缘油，变压器油绝缘性的好坏非常关键。
击穿电压，可作为变压器油电气性能优劣的评价指标，判断变压器油的水含量，其他悬浮物对其造成的污染程度等。
同时，我们还可检验变压器油在注入到设备之前的干燥以及过滤情况。
显然，击穿电压指标反应出了变压器油自身的绝缘性能。
一、光声光谱检测原理光声光谱检测原理PAS（Photo Acoustic Spectroscopy），在密闭光声池中装入待测气体，并将一束单色光源投射到这种气体表面，让光能充分地吸收进去，转变为热能，最后完成退激。
热能释放，能够让气体出现周期性加热，促使介质出现周期性压力波动。
该种压力波动，利用微音拾音器或是压电陶瓷传声器也能够直接地检测出来。
经放大后，可以获取光声信号。
不同气体均有各自的红外光谱（吸收光谱），结合该种特性，我们可以选择单色光波长来完成照射，测定出波长长度上不同的光声信号图谱，计算出待测气体实际的分子浓度。
二、实验设计系统大致是由脉冲电源、电极、暗室以及电荷耦合器件等基本的设备来组成。
本次实验，我们将玻璃容器放入到暗室中。
实验期间，温度最好控制在22～26℃;选择逐步升压法，电压单次上升2 kV，标注和统计好击穿时肉眼看到的峰值电压。
结束后，及时地搅动待测的变压器油，平放2min;再次实验，循环5次，将5次击穿所得平均值视为最终的实验结果。
三、实验结果分析（一）谱线分析对针-针电极间隙45号变压器油开展本次放电实验。
45号变压器油，掺入碳、氢这2种不一样的元素。
本次试验，我们能看到光谱线数。
在波长大约400～700nm的位置，氢可以看得见4条谱线。
电力变压器的光声光谱油色谱在线监测
摘要：本文介绍了电力变压器光声光谱和油色谱两种在线监测技术原理，并介绍了这两种在线监测技术相关的诊断方法，关键词：变压器油色谱光声光谱在线监测0引言变压器是电网系统的核心设备之一，它的运行状态对系统安全具有重要影响。
随着对变压器运行维护要求的不断提高，变压器故障在线诊断技术的研究工作得到了越来越多的关注。
近年来，随着电力变压器在线监测技术得到迅速发展，加上计算机技术和通信技术使得电力变压器检测数据可以及时的处理与传输，并得到实时的运行状态数据，令在线监测技术成功应用于实际的工程中去。
然而，由于检测技术尚有一定的局限性，以及电力变压器内部故障存在的复杂性，当前应用中的在线监测系统的可靠性和稳定性仍显不足。
本文着重分析了电力变压器的光声光谱和油色谱在线监测技术，阐述了两种技术的原理，以及相应的诊断方法等。
1两种在线监测技术原理变压器是电力系统中的重要设备之一，其安全运行状态直接关系到系统的安全稳定。
油浸电力变压器在正常运行中和发生故障后，在热、电的作用下，其绝缘油及有机绝缘材料会分解出H2，CH4，C2H6，C2H4，C2H2，CO和CO2等气体，这些气体可用于判断故障类型及故障部位。
对特定油中溶解气体进行定性定量分析，可以直观、高效地预判出电力变压器的潜伏故障。
1.1电力变压器光声光谱在线监测原理1.1.1光声光谱技术光声光谱(Photo-acoustic spectrometry) 技术是基于光声效应来检测吸收物体积分数的一种光谱技术。
该技术的优势为：①可实现非接触性检测，对气体无消耗；②无需分离气体，不同气体的成分和含量可直接通过光谱分析确定；③各器件的性能稳定，可实现在长期使用中免维护；④能够对气体吸收光能的大小进行直接测量，且比傅里叶红外光谱技术灵敏度更高；⑤测量的精度高，范围广，同时检测速度快,具有重复性和再现性。
一般情况下，多数气体分子的无辐射跃迁主要处于红外波段，因而光声光谱技术对气体的定性定量分析，是通过对气体对相应于特征吸收峰的特定波长红外光的吸收量的测量来实现的。
基于光声光谱理论的变压器DGA技术的研究
工程硕士学位论文基于光声光谱理论的变压器DGA技术的研究庞慧玉哈尔滨工业大学2007年12月国内图书分类号：TM407国际图书分类号：621.3工程硕士学位论文基于光声光谱理论的变压器DGA技术的研究硕士研究生：庞慧玉导师：赵学增申 请 学 位：工程硕士学科、专业：机械工程答辩日期：2007年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classified Index：TM407U.D.C.：621.3Dissertation for the Master Degree in EngineeringSTUDY ON TECHNOLOGY OF DGA APPLIED IN TRANSFORMERSBASED ON PHOTO ACOUSTICSPECTROSCOPY THEORYCandidate：Pang HuiyuSupervisor：Prof. Zhao Xuezeng Academic Degree Applied for：Master of Engineering Specialty：Mechanical EngineeringDate of Oral Defence：December, 2007Degree-Conferring-Institution：Harbin Institute of Technology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要对油中溶解气体的分析是目前对充油电力设备进行绝缘监测的重要手段。
本文在对国内外变压器油中溶解气体分子技术的各种优缺点的比较后，分析了将气体光声光谱检测技术应用于变压器油中溶解气体检测系统的优势，并介绍了光声光谱技术的历史背景，发展现状以及光声光谱技术的特点。
本文采用电磁搅拌及鼓泡脱气技术的脱气方法作为系统的脱气方法，并对振荡脱气的计算公式进行了改进。
不同于从波动方程推导光声信号的方法，本文从分子动能改变的角度简述了气体光声光谱检测气体浓度的原理，推导了光声信号的表达式，介绍了声压检出的原理，建立光声信号与光源强度、气体分子浓度关系的对应关系，为气体光声光谱检测方法应用于变压器DGA 系统提供了理论基础。
光声光谱技术在变压器监测中的应用
• • • • • Graham Bell 原理于1880年由Alexander Graham Bell发现 Infra Red radiation absorbed by gas 红外辐射会被气体吸收 Each gas has characteristic IR absorption spectrum 每种气体都有其特有的吸收光谱
Photo-Acoustic Spectroscopy: 光声光谱学:
• Absorbed IR radiation causes rise in temperature, hence rise in pressure • 吸收红外辐射导致温度上升，因此压力也随之上升 • If the radiation is pulsed at an audible rate the resultant pressure wave can be detected by sensitive microphones. • 如果光辐射由一可听见的频率脉冲调制，则合成的压力波能够由极敏锐 的微音器探测到 • Technique capable of measuring accurate concentrations in a complex cocktail of compounds • 此技术能够准确的测量出鸡尾酒中混合物的浓度
• 低分子气体的种类、含量的大小反映了故障的类型和严重程度
变压器故障的分类
变压器等充油电气设备内部的故障一般可分为三大类： 1 过热故障 • 低温过热故障 温度在150℃-300℃ • 中温过热故障 温度在300℃-700℃ • 高温过热故障 温度大于700℃ 2 放电故障 • 高能量放电（又称电弧放电） 特征气体为乙炔和氢气 • 低能量放电（又称火花放电） 特征气体为乙炔和氢气 • 局部放电 特征气体为氢气 3 受潮
光声光谱法在变压器油溶解气体检测中的应用
光声光谱法在变压器油溶解气体检测中的应用
光声光谱法在变压器油溶解气体检测中的应用
高树国1 ,秦九渠2 ,刘伟1 ,杜黎明1
【摘要】摘要:介绍基于光声光谱法的便携式油中气体分析仪测量油中气体含量的原理和方法,通过对某变压器油的跟踪检测证明了该方法的准确性;通过与光声光谱法进行比较,分析光声光谱法的优缺点,并对该方法的使用提出建议。
【期刊名称】河北电力技术
【年(卷),期】2010(029)002
【总页数】3
【关键词】关键词:变压器油;光声光谱法;气相色谱法;气体含量
绝缘油溶解气体检测是有效诊断油浸式变压器故障的手段之一。
当变压器内部发生过热、放电等故障时,将导致故障附近的绝缘油分解,分解产生的气体会不断地溶解于油中,不同性质的故障所产生的特征气体不同,即使同一性质的故障,由于故障的程度不同,产生的气体含量也不相等,因此,对油中溶解气体的色谱进行分析,可以及早发现变压器内部潜伏性故障的性质、程度和部位,以便及时处理故障,避免事故的发生。
目前,检测变压器油中溶解气体的常用方法是气相色谱法,但此方法试验环节多、操作手续繁琐、检测周期长,不适用于现场检测。
光声光谱法是检测变压器油中溶解气体和微水的一种新技术,可完成现场或在线检测,与传统气相色谱技术相比具有操作容易、稳定性强、检测周期短等优点。
以下介绍英国凯尔曼公司研制的基于光声光谱法的便携式变压器油中溶解气体分析仪的原理、应用情况,及其优缺点。
1 光声光谱法检测变压器油溶解气体原理
1.1 光声效应。
基于光声光谱技术的变压器故障特征油气检测
基于光声光谱技术的变压器故障特征油气检测摘要：保护变压器的正常运行和加强对绝缘系统的合理维护，很大程度上可以保证变压器具有相对较长的使用寿命，而预防性和预知性维护是提高变压器使用寿命和提高供电可靠性的关键。
因此针对油中溶解故障特征气体的检测与变压器故障诊断的研究显得尤为重要，由于常见检测手段无法同时满足油中溶解气体的高灵敏度和无损耗检测，因此无法实现对油中溶解老化特征气体的长期可靠的在线监测。
利用光声光谱法的优势弥补这些缺陷，进行光声光谱技术在变压器油中溶解故障特征气体的研宄，进而为真正实现变压器油中溶解故障气体准确检测和诊断打下基础。
关键词：光声光谱技术；变压器故障特征；油气检测1变压器故障特征气体产生机制变压器故障的呈现主要是在内部绝缘材料的变化，而其绝缘材料主要由绝缘油和固体绝缘物组成；其中绝缘油为原始石油经精馏得到，由各种碳氢化合物组成，主要成分有环烷烃、烷烃和芳香烃三种烃类，其中环烷烃所占比例最大，芳香烃最小。
当变压器油受到外界因素(如电和热的变化)影响时，便会发生氧化分解。
变压器故障特征物的产生过程其实就是大分子链解旋和裂解，并且有些特征物的产生有很明确的指向性，如糠醛的产生完全由绝缘油中的环烷烃发生的解旋。
因此，通过对特征物浓度的检测可以直接判断变压器具体老化状态或故障原因。
目前较为公认的故障特征物主要是气体，其中包括一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烷、乙炔、乙烯和氢气，并形成极为规范的判定标准。
通过前面对变压器内部故障类型的具体分类和原因分析，可以清楚地看到伴随故障发生的最直接特征物是各种气体特征物。
如高能量放电过程中，电弧附近绝缘油会因高能量放电发生碳氢键的断裂，主要形成气体为乙炔和氢气，还有少量的乙烯和甲烷气体产生;如果电弧放电发生在固体绝缘物附近，则会伴随着一氧化碳气体的产生。
因此，在变压器运行状态监测中，发现一氧化碳气体含量的短期大幅度上升，则可以推断变压器内部发生过电弧放电现象，且极有可能在固体绝缘物附近。
变压器光声光谱
变压器油中气体在线监测技术是以油中溶解气体为监测对象，应用该技术可及时掌握变压器的运行状况，发现和跟踪存在的潜伏性故障。
配合计算机系统对故障进行诊断，可以避免部分灾难性事故，实现状态检修、降低维护成本、提高自动化程度，提高变电站运行管理水平。
近年来，油中溶解气体在线监测技术研究应用发展迅速，应用气体传感器开发研制小型气体检测装置，已成为新的发展趋势，目的在于实现对变压器油中溶解气体进行在线监测，随时掌握设备的运行状况。
油溶气体变压器油是天然石油经过蒸馏精炼而成的一种矿物油，由许多不同分子量的碳氢化合物分子组成，其中碳、氢两种元素占总重量的95％以上，分子中含有-CH3、-CH2和-CH化学基团，由C-C键连接在一起，当放电或温度过高时，某些C-H键和C-C键断裂，伴随生成少量活泼的氢原子和不稳定的碳基化合物的自由基，这些氢原子或自由基通过复杂的化学反应迅速重新化合，形成氢气和低分子烃类气体，如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等，也可能生成碳的固体颗粒以及碳氢聚合物(即x腊)。
故障初期，所形成的气体溶解于油中，当故障能量较大时，也可能聚集成游离气体，低能量放电性故障，如局部放电通过离子反应，促使最弱的C-H键断裂，主要重新化合成氢气而积累。
C-C键的断裂需要较多的能量，即较高的温度，然后迅速以C-C键、C=C键和C≡C键的形式重新化合成烃类气体，所需要的能量越来越高，即故障温度也越来越高。
虽然在温度较低时也有少量乙烯生成，但乙烯主要是在高于甲烷、乙烷的温度，即大约500℃下生成。
乙炔一般在800℃-1200℃下生成，而且当温度降低时反应迅速被抑制，作为重新化合的稳定产物而积累，因此虽然在较低的温度下有时也会有少量乙炔产生，但乙炔主要是在电弧的弧道中产生。
变压器油起氧化反应时伴随生成少量的一氧化碳和二氧化碳，并且能长期积累，成为数量显著的特征气体。
固体绝缘的主要成分是纤维素，纤维素具有很高的强度和弹性，机械性能良好，其分子内含有大量的无水右旋糖环，以及弱的C-0键，它们的热稳定性比油中的碳氢键差，并且能够在较低的温度下重新化合。
变压器油光声光谱在线监测系统
下图系统用于电力变压器油中溶解气体的在线分析与故障诊断，适用于110kV及以上电压等级的电力变压器、电弧炉变压器、电抗器以及互感器等油浸式高压设备。
下图系统可定量、自动、快速地在线监测变压器等油浸式电力高压设备的油中溶解故障气体的含量及其增长率，并通过故障诊断专家系统早期预报设备故障隐患信息，避免设备事故，减少重大损失，提高设备运行的可靠性。
该系统作为油光声光谱在线监测领域的权威产品，为电力变压器实现在线远程DGA分析提供稳定可靠的解决方案，是电力系统状态检修制度实施的有力保障。
系统组成
RTGP-9580型变压器油光声光谱在线监测系统由现场监测单元（光声光谱数据采集器）、主站单元（数据处理服务器）及监控软件组成。
现场监测单元即光声光谱数据采集器由油样采集单元、油气分离单元、气体检测单元、数据采集单元、现场控制处理单元、通讯控制单元及辅助单元组成。
其中辅助单元包括变压器接口法兰、油管及通信电缆等。
其组成示意图如下图所示：
工作原理
RTGP-9580型变压器油光声光谱在线监测系统工作时，采用真空差压方式将变压器油吸入到油样采集单元中，通过油泵进行油样循环；油气分离单元快速分离油中溶解气体至气室，内置的微型气体采样泵把分离出来的气样输送到光声光谱气室内；数据采集单元完成AD数据的转换和采集，嵌入式处理单元对采集到的数据进行存储、计算和分析，并通过RS485转以太网将数据上传至数据处理服务器（安装在主控室），最后由RTGP-9580状态监测软件进行数据处理和故障分析。
如图所示
以上就是RTGP-9580型变压器油光声光谱在线监测系统的相关内容，如果你想详细了解该仪器的产品信息，欢迎来电咨询。
光声光谱技术在变压器油气分析中的应用
新仪器新设备光声光谱技术在变压器油气分析中的应用张川,王辅(英国凯尔曼有限公司上海代表处,上海200233)摘要:针对传统的变压器油中故障气体气相色谱分析存在较多缺点的问题,英国凯尔曼有限公司利用光声光谱技术原理开发了一系列用于检测变压器油中故障气体的产品,该技术利用不同波长的红外线激发不同的气体分子,在密闭容器中产生强度对应于气体体积分数的压力波。
光声光谱技术与传统气体色谱的技术特点对比和实测的数据分析表明,光声光谱技术气体监测设备性能优于传统的气相色谱仪且精度完全符合要求。
关键词:电力变压器;光声效应;光声光谱;油中溶解气体分析中图分类号:TM406文献标识码:B文章编号:100326520(2005)022*******Application of Photo2Acoustic Spectroscopy Technology to Dissolved Gas Analysis in Oil of Oil2Immersed Power TransformerZH ANG Chuan,WANG Fu(Kelman Ltd.Shanghai Representative Office,Shanghai200233,China)Abstr act:Dissolved gas analysis is the efficient method to analyze the status of a transformer.But there are some disadvan2 tages in dissolved gas analysis in oil of oil2immersed power transformer,which is based on traditional gas chromatography technology.Photo2Acoustic Spectroscopy is one of the spectroscopy technology,which is based on photo2acoustic effect.In absorbing the appropriate wavelength radiation(eg infrared light),the temper ature of the appropriate gas will increase and, if the gas is in a sealed container,this temperature rise will cause a proportional r ise in pressure.The volume of the gas can be calculated by measuring the level of pressur e.Accor ding to the Photo2Acoustic Spectroscopy technology,Kelman has de2 signed a series of DGA products.This paper compares the characteristics between the Photo2Acoustic Spectroscopy and Gas Chromatography.By analyzing the testing results,It is concluded that the performance of the equipment based on Photo2A2 coustic Spectroscopy is better than that based on gas chromatography.Key words:electric power tr ansformer photo2acoustic effect photo2acoustic spect roscopy dissolved gas analysis in oil0引言油中溶解气体分析(DGA)是检测、分析变压器潜伏性故障广泛应用的常规方法[1]。
光声光谱法对变压器油中气体色谱的在线监测
同 时分析 两方
,
变化趋势
压 器旁
,
。
固定在 金属 架 上
。
放 置于 变
。
所测 数据 是否 存在 差异 若存在差 异 需及 时分
检测变 压 器油 中气体 把 主机和两 台
利用 交换机 和 利用
。
析存在差 异 的原 因 并提 出整改意 见 然后 进行
整改 直 至 得出准确 监测 数据 如 果所测数据 的
,
,
,
,
目的
。
专业维护人员 现在对 6 # 主变色 谱情 况有
主要 从事水 力发电 厂 高压 设备 的维护检修 工 作
,
比
众
一
以
收频率相对应
。
赵刃
,
一
《刃 !
甲烷
乙烷 乙烯
执
一
刀以
,
一
加
伟
沁
一
,
乙炔
一
,
氧气 众
微水 比
一
一
众刃
型 变 压 器 色 谱在 线 监测 系
图 光 声光 谱原 理 图
统 结构
温度 补 偿模块
如果在 预选各气体 的特征频 率 时可 以 排 除 各气体的交叉 干扰 则通过 对安 装滤光片 的圆盘
进 行步进控 制 就 可 以 依次测量 不 同的气体 经
口 位于 变压 器底 部
。
时间
检 验仪 器
组 成浓 度
,
卜口
! 以拓
总烃
的
拓
常规
! !∀
!
的
《巧
:
常规
!
, ! 5
7 0
o
变压器油中多组分故障特征气体的光声光谱检测方法
选择性、动态检测范围等方面显示了独特的 体激光器、激光控制器、斩波器、光声池、
优点[7-9]，其在变压器油中溶解气体在线监测 技术领域具有巨大的应用潜力。本文基于光
锁相放大器、计算机等。该装置采用的 NEL 公司的分布反馈半导体激光器，其发射线宽
声光谱技术的基本原理，以绝缘油劣化最早 产生的甲烷气体和往往伴随变压器内部放电 性故障而产生得乙炔气体为对象，研究变压 器油中多种故障特征气体的光声光谱检测方 法，为多组分故障特征气体光声光谱仪的设 计提供理论基础。
∑ ⎧
⎪S1
=
Cell P1Ntot
n
σ1k ck
⎪
k =1
⎪
M
(2)
∑ ⎪⎪⎨Si = Cell Pi Ntot n σ ik ck
⎪
k =1
⎪ ⎪
M
∑ ⎪⎪⎩Sm
= Cell Pm Ntot
n
σ mk ck
k =1
式中，Si 为谱线 i 下的光声信号；Pi 为谱线 i
的功率；Ntot 为总的粒子数密度；σik 为气体组
问题，针对所构建的具有良好选择性的光声 光谱装置，本文提出一种基于最小二乘回归 的气体光声定量分析方法，该方法的思路是： 首先，获取大量已知体积分数的单一气体组 分的光声信号；然后，应用最小二乘回归方 法对光声信号及气体组分的体积分数进行一 元线性回归，得到它们之间的定量关系；根 据这一关系，即可利用测得的多组分混合气 体的光声信号来反演气体不同组分的体积分 数。
变压器油中多组分故障特征气体的
光声光谱检测方法
云玉新 1, 2 陈伟根 2 赵笑笑 1
(1 山东电力研究院 2 输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室) 摘要： 油中溶解气体对于变压器早期潜伏性故障的诊断具有重要作用。光声光谱技术是基于光声效应的一
光声光谱技术在电厂变压器在线监测中的应用
２ ． Ｇ ｕ ｏ ｄ ｉ ａ ｎ Ｎａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ Ａｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｓ ｈ ａ ｒ ｅ ｏ． Ｃ Ｌ ｔ ｄ ， Ｎａ ｎ ｉ ｉ ｎ ｇ ， Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｓ ｕ ２ １ １ １ ５ ３ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ３ ． Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｈｕ ａ ｄ ｉ ａ ｎ Ｇ ｒ ｏ ｕ ｐ Ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｄ ｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ ７ ３ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；
可见 ， 光声光谱法更加适 用于变压器油 中气体在 线监测 ， 能够对 变压 器状 况做 到 实时监 测 ， 对典 型故ห้องสมุดไป่ตู้作 出 预警 ， 增加变压器 的安全性 和可靠性 。实际应 用结果表 明， 具有及其广 阔的推 广应用前景 。 关键词 ： 光声光谱 ； 在线监测 ； 溶解 气体分析 ； Ｄ Ｆ Ｂ ； 有源光声池
Ｚ Ｅ ＮＧ Ｙｉ ， Ｌ Ｉ Ｚ ｈ ｉ － ｊ ｕ ｎ 计， ＹＡＮ Ｘｉ ｎ － ｒ ｏ ｎ ｇ 。 ， Ｆ Ｅ ＮＧ Ｙｉ ｎ ｇ — ｌ ｉ ｎ ｇ ， Ｚ ＯＮＧ Ｑｉ — ｚ ｈ ｅ ｎ ｇ ， ＹＵ Ｍｉ ａ ｏ
（ １ ． Ａｎ ｈ ｕ ｉ Ｈｕ ａ ｄ ｉ ａ ｎ Ｌｕ ａ ｎ Ｐｏ ｗｅ ｒ Ｐ ｌ ａ ｎ ｔ ｏ ． Ｃ ， ＬＴＤ， Ｌｕ ’ ａ ｎ ， Ａｎ ｈ ｕ ｉ ２ ３ ７ １ ２ ６， Ｃｈ ｉ ｎ ａ ；
中图分类号 ： Ｔ Ｐ ３ １ 文献标志码 ： Ａ
Ｐｈｏ ｔ ｏ ａ ｃ ｏ ｕ ｓ ｔ ｉ ｃ Ｓ ｐｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｙ Ａｐｐｌ ｙ ｅ ｄ ｔ ｏ Ｔｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍｅ ｒ Ｏｎ — ｌ ｉ ｎ ｅ Ｍｏ ｎｉ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎｇ ｉ ｎ Ｐｏ ｗｅ ｒ Ｐｌ ａ ｎ ｔ
光声光谱法在变压器油溶解气体检测中的应用
分子相 碰撞 ， 这样 气 体 吸 收 的光 能 通过 无 辐 射 弛豫
过 程转 变为碰 撞 分子 之 间 的平 移 动 能 ， 体 温度 随 气 之 升高 。在气 体体 积一 定 的条件下 ， 温度 升高 ， 气体 压 力会 增大 。如果 对 光 源 的 频率 进 行 调 制 ， 气体 温 度 便会 呈现 出与 调制 频 率 相 同 的周 期 性 变化 ， 强 压 也 随之 周期性 变化 ， 利用 微音 器可 以感应 这一 变化 ，
声光 谱 法 的 优 缺 点 ， 并对 该 方 法 的使 用提 出 建议 。 关键词 ： 变压 器 油 ； 声 光谱 法 ； 相 色谱 法 ； 光 气 气体 含 量
Ａｂｓｒ ｃｔ Ｔ ｈｉ ｐａ ｅ ｐ ｅ ｅ ｓ ｈｅ ｔａ ： ｓ ｐ ｒ ｒ ｓ ｎｔ ｔ ｐｒｎｃｐｌ ａ ｍ ｅ ｈ ｏ ｉ ｉ ｅ ｎｄ ｔ ｏｄ ｆ ｐ ｔｂｌ ｄｉｓ ｖｅ ｇａ ｅ ｉ ｏ ｌ ｎ ｌ ｓｓ ｉ ｔ ｕ ｅ ｗｈｉｈ ｏｒａ ｅ ｓ ｏｌ ｄ ｓ ｓ ｎ ｉ ａ ａ ｙ ｉ ｎｓｒ ｍ ｎｔ ｃ
声 波 （ 率 与 调 制 光 源 频 率 相 同 ） 频 。
ｔ ｒ ｕ ｈ ｆ ｌ ｗｉｇ ｕ ｘ ｍｉ ａ ｉｎ ｆ ｒｔ ｅｔ ａ ｓ ｏ ｍｅ ｉ， ｎ ｈ ｏ ｇ ｏ ｌ ｎ ｐ ｅ ａ ｎ ｔ ｏ ｈ ｒ ｎ ｆ ｒ ｒｏ ｌ ａ ｄ ｏ ｏ
光声光谱技术在变压器油中气体在线监测中的现场应用
光声光谱技术在变压器油中气体在线监测中的现场应用发布时间：2022-02-15T08:53:50.234Z 来源：《电力设备》2021年第12期作者：刘丽荣[导读] 介绍了光声光谱检测技术原理，提出了基于光声光谱原理的变压器油中溶解气体在线监测系统典型结构，经现场实际应用验证，与传统气相色谱在线监测相比精确度高，维护量少，系统运行稳定，具有广阔的应用前景。
（广东电网有限责任公司东莞供电局 523000）摘要：介绍了光声光谱检测技术原理，提出了基于光声光谱原理的变压器油中溶解气体在线监测系统典型结构，经现场实际应用验证，与传统气相色谱在线监测相比精确度高，维护量少，系统运行稳定，具有广阔的应用前景。
关键词：光声光谱监测技术、在线监测系统、气体组分Field Application of Photoacoustic Spectroscopy Technology in On-line Monitoring of Gas in Transformer Oil Abstract：this article introduces the principle of photoacoustic spectroscopy detection technology, and proposes a typical structure of an online monitoring system for dissolved gases in transformer oil based on the principle of photoacousticspectroscopy. It has been verified by field applications and has higher accuracy and less maintenance than traditional gas chromatography online monitoring. The system runs stably and has broad application prospects.Key words：photoacoustic Spectroscopy Monitoring Technology,online monitoring system,gas composition0引言油中溶解气体分析（DGA）技术是基于油中溶解气体组分与内部故障类型、故障性质、故障程度的对应关系，根据气体的组分和各种气体含量判断变压器内部有无异常情况，以诊断其故障类型、部位、严重程度和发展趋势，对变压器故障进行早期和实时的诊断识别非常有效，方便用于在线监测。
光声光谱技术在变压器内部故障诊断中的应用
（ 内蒙古超高压供 电局， 内蒙古 呼和浩特 ０ １ ０ ０ ８ ０ ）
摘 要： 文章讨 论 了光声光谱 技 术应用 于 实现 变压 器 油 中气体 便 携监 测的原 理 ， 并与 气相 色谱 分析技 术进 行 了比较 。 通过 光
声光谱 技 术在 实际工作 中的应 用 ， 肯 定 了该技 术在 变压 器 内部故 障诊 断 中的有 效性 。
油 电力设 备 的 Ｅ ｌ 常评 估 。 短 检测 周期 可达 １ ｈ １ 次， 能最 大程 度 的体 现 在线 检 测 的意 实 践证 明 ， 油 中气 体分 析 对发 现 油 浸变 压器 潜 伏性 故 义 。
障是非常有效的， 可以发现利用其它电气试验很难发现的 光 声 光谱 系统采 用 高效 的动态 顶空 法 进行 脱 气 ， 所 需 局部缺陷 ， 是监督和保障设备运行安全的一个重要手段。 要 的油样 少 ， 脱 气 时 间短 ， 在 很 短 的时 间就 可 以达 到 动 态 目前我们试验室 中所采用 的一般都是气相色谱分析 平 衡 。 测量 周 期最 短 可 以 设置 成 １ ｈ １ 次， 能 最 大程 度 的实 技术 ， 该 方 法 测量 原 理 的 系统 结 构 相 对 复 杂 ， 操 作 环 节 较 现 在 线检 测 。 而 采 用气 相 色谱 测量 原 理 的系 统 ， 其 脱 气 过 多， 维护成本高 ， 最关键从现场采样后不能就地及时试验 ， 程大 多 比较 长 。 目前 普遍 使 用 的高 分子 膜 ， 平 衡 时 间较 长 ， 影响试验数据的准确性 。 近年来 ， 光声光谱技术的应用打 使 测 量失 去 了及 时性 。 破了试验室气相色谱分析技术使用的局限性 ， 实现 了取样 ④采用光声光谱测量原理的系统性价比更高 ， 能真正 后就地试验 ， 使我们能够及时了解设备运行情况 ， 准确 的 实现免维护 ， 无后续投资， 因此长期使用投资回报率更大。 对充油设备进行故障分析判断 ， 并且大大降低了油务监督 而采用气相色谱测量原理 的系统性价比相对较低 ， 人工维 护量 大 ， 需 后续 投资 。 成本 。
变压器光声光谱
变压器油中气体在线监测技术是以油中溶解气体为监测对象，应用该技术可及时掌握变压器的运行状况，发现和跟踪存在的潜伏性故障。
配合计算机系统对故障进行诊断，可以避免部分灾难性事故，实现状态检修、降低维护成本、提高自动化程度，提高变电站运行管理水平。
近年来，油中溶解气体在线监测技术研究应用发展迅速，应用气体传感器开发研制小型气体检测装置，已成为新的发展趋势，目的在于实现对变压器油中溶解气体进行在线监测，随时掌握设备的运行状况。
油溶气体变压器油是天然石油经过蒸馏精炼而成的一种矿物油，由许多不同分子量的碳氢化合物分子组成，其中碳、氢两种元素占总重量的95％以上，分子中含有-CH3、-CH2和-CH化学基团，由C-C键连接在一起，当放电或温度过高时，某些C-H键和C-C键断裂，伴随生成少量活泼的氢原子和不稳定的碳基化合物的自由基，这些氢原子或自由基通过复杂的化学反应迅速重新化合，形成氢气和低分子烃类气体，如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等，也可能生成碳的固体颗粒以及碳氢聚合物(即x腊)。
故障初期，所形成的气体溶解于油中，当故障能量较大时，也可能聚集成游离气体，低能量放电性故障，如局部放电通过离子反应，促使最弱的C-H键断裂，主要重新化合成氢气而积累。
C-C键的断裂需要较多的能量，即较高的温度，然后迅速以C-C键、C=C键和C≡C键的形式重新化合成烃类气体，所需要的能量越来越高，即故障温度也越来越高。
虽然在温度较低时也有少量乙烯生成，但乙烯主要是在高于甲烷、乙烷的温度，即大约500℃下生成。
乙炔一般在800℃-1200℃下生成，而且当温度降低时反应迅速被抑制，作为重新化合的稳定产物而积累，因此虽然在较低的温度下有时也会有少量乙炔产生，但乙炔主要是在电弧的弧道中产生。
变压器油起氧化反应时伴随生成少量的一氧化碳和二氧化碳，并且能长期积累，成为数量显著的特征气体。
固体绝缘的主要成分是纤维素，纤维素具有很高的强度和弹性，机械性能良好，其分子内含有大量的无水右旋糖环，以及弱的C-0键，它们的热稳定性比油中的碳氢键差，并且能够在较低的温度下重新化合。
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变压器油中气体在线监测技术是以油中溶解气体为监测对象，应用该技术可及时掌握变压器的运行状况，发现和跟踪存在的潜伏性故障。
配合计算机系统对故障进行诊断，可以避免部分灾难性事故，实现状态检修、降低维护成本、提高自动化程度，提高变电站运行管理水平。
近年来，油中溶解气体在线监测技术研究应用发展迅速，应用气体传感器开发研制小型气体检测装置，已成为新的发展趋势，目的在于实现对变压器油中溶解气体进行在线监测，随时掌握设备的运行状况。
油溶气体变压器油是天然石油经过蒸馏精炼而成的一种矿物油，由许多不同分子量的碳氢化合物分子组成，其中碳、氢两种元素占总重量的95％以上，分子中含有-CH3、-CH2和-CH化学基团，由C-C键连接在一起，当放电或温度过高时，某些C-H键和C-C键断裂，伴随生成少量活泼的氢原子和不稳定的碳基化合物的自由基，这些氢原子或自由基通过复杂的化学反应迅速重新化合，形成氢气和低分子烃类气体，如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等，也可能生成碳的固体颗粒以及碳氢聚合物(即x腊)。
故障初期，所形成的气体溶解于油中，当故障能量较大时，也可能聚集成游离气体，低能量放电性故障，如局部放电通过离子反应，促使最弱的C-H键断裂，主要重新化合成氢气而积累。
C-C键的断裂需要较多的能量，即较高的温度，然后迅速以C-C键、C=C键和C≡C键的形式重新化合成烃类气体，所需要的能量越来越高，即故障温度也越来越高。
虽然在温度较低时也有少量乙烯生成，但乙烯主要是在高于甲烷、乙烷的温度，即大约500℃下生成。
乙炔一般在800℃-1200℃下生成，而且当温度降低时反应迅速被抑制，作为重新化合的稳定产物而积累，因此虽然在较低的温度下有时也会有少量乙炔产生，但乙炔主要是在电弧的弧道中产生。
变压器油起氧化反应时伴随生成少量的一氧化碳和二氧化碳，并且能长期积累，成为数量显著的特征气体。
固体绝缘的主要成分是纤维素，纤维素具有很高的强度和弹性，机械性能良好，其分子内含有大量的无水右旋糖环，以及弱的C-0键，它们的热稳定性比油中的碳氢键差，并且能够在较低的温度下重新化合。
聚合物裂解的有效温度高于105℃，完全裂解和碳化高于300℃，在生成水的同时，产生大量的一氧化碳和二氧化碳，以及少量烃类气体和呋喃化合物，同时油被氧化。
一氧化碳和二氧化碳的生成不仅随着温度升高而加快，并且随着油中氧的含量和纸的湿度增大而增加。
开放式变压器溶解空气的饱和量为10%，设备里可以含有来自空气中的300μL/L的二氧化碳在密封设备里，空气也可能经泄漏而进入设备油中，油中的二氧化碳浓度将以空气的比率存在。
设备固体绝缘材料老化时，二氧化碳除以一氧化碳的比率，该比率大于7。
当怀疑故障涉及到固体绝缘材料时，该比率小于3，还应该从最后一次的测试结果中减去上一次的测试数据，重新计算比值。
变压器油中气体的组分和成因油溶气体监测现状随着在线监测技术的发展，国外公司已开发出全组分气体的在线监测装置。
英国Kelman公司的Transfix在线油中溶解气体分析仪利用动态顶空平衡法脱气，使用光声光谱法（Photoacoustic Spectroscopy,PAS）技术作气样监测，克服了环境变化、仪器恒温、信号干扰、机械振动等各种难题，成功地实现在线监测变压器油中的八种故障气体及微水的在线监测。
美国AVO公司的TmeGas变压器油中气体在线监测设备可监测多达八种气体。
澳大利亚的DRMCC变压器在线监测系统可持续、在线、多方位监测变压器的工作状态，主要监测对象包括溶解在油中的氢气、水、绕组温度、调压抽头位置等参数。
美国CONEDISON公司利用红外光谱的原理来分析并测量CH4、C2H4、CO、CO2、C2H6，用一个氧化物电化学传感器测量H2的浓度。
国内研制的同类产品有宁波理工监测设备有限公司推出的TRAN-B型变压器故障在线监测设备。
重庆大学研制的在线变压器故障预测系统能够在线监测油中H2、CO、CH4、C2H2、C2H4、C2H6等6种气体的浓度，并采用灰色聚类、糊模式多层聚类、核可能性聚类等多种算法预测油中溶解气体在未来时刻的浓度并诊断变压器在未来时刻的绝缘状况。
气相色谱气相色谱技术的基本原理是使样品蒸发后注入色谱柱内进行分析。
气样由惰性载气携带缓缓通过色谱柱后到达检测器,其间需控制色谱柱的温度以便当气样通过色谱柱时由于其中各类化合物析出时间不同而达到对其分离的目的。
随后,将由检测器得到的各化合物析出图谱的时间、面积等参量与该化合物已知浓度图谱对照后得到其浓度值。
气相色谱检测系统工作原理图有时需要采用多个色谱柱及检测器以便对样品进行精确分析。
在油中溶解气体分析过程中,在将气样注入色谱柱之前,先通过真空或顶空脱气法获得气样。
光声光谱光声效应是由气体分子吸收特定波长的电磁辐射(如红外光)所产生。
气体吸收辐射后导致温度上升,此时如将气体置于密闭容器,温升相应导致气体压力增高。
如采用脉冲光源照射密闭气体,利用灵敏的微音器即可探测到与脉冲光源频率相同的压力波。
但若将光声效应用于实际检测,则须满足两个前提条件:首先需要确定每种气体特定的分子吸收光谱的特性,从而可对红外光源进行波长调制使其能够激发某一特定气体分子;其次则是确定气体吸收能量后退激产生的压力波强度与气体浓度间的比例关系。
气体（分子量）吸收波长/nm灵敏度/μL·L-1重叠可测范围（kelman）μL·L-1CH4（14）339077467974 0.10.20.4C2H6 C2H4C2H2H2O0.7~10000C2H6（30）339011614 0.022.0H2O 3~10000C2H4（28）339094251019411111 0.30.30.20.4H2O 2.5~10000C2H2（26）77461277114085 0.50.30.2H2OCO21~10000CO（28）4651 0.2 0.1~1000CO2（44）44051408514970 3.41.50.1C2H2 1.9~20000H2（2）- - - 5~20000各种气体的红外区可测波长因此,通过选取适当的波长并结合检测压力波的强度,就不仅可验证某种气体是否存在,更可确定其浓度。
甚至对某些混合物或化合物也可作出定性、定量分析。
而这也正是应用光声光谱技术(PAS)的理论基础。
光声光谱原理简图一个简单的灯丝光源可提供包括红外谱带在内的宽带光辐射,采用抛物面反射镜聚焦后进入光声光谱测量模块。
以恒定速率(30Hz)转动的调制盘可产生频闪效应以便对光源进行频率调制。
在入射至光声室之前,红外辐射需透过一系列滤光片。
不同的滤光片仅允许透射与某种分子光谱波长一致的光辐射,以便激发某种化合物分子。
将气态样品注入光声室后,记录由微音器检测到的入射光透射各滤光片后激发气体样品产生的压力波强度。
相应的数值则代表样品中所含特征气体的浓度值。
英国Kelman公司专门研制开发用于变压器现场及在线油中溶解气体分析的核心光声光谱测量模块，该模块外形尺寸为160×150×140mm,重量小于2kg。
并配有系统测量及控制所需的电子处理系统。
将该测量模块与专门设计的油样采集及气体萃取等系统相结合后就构成了PDGA型便携式、全自动油中溶解气体检测系统。
图3给出了系统示意图,并对该仪器的各主要部件加以说明。
图3PDGA型便携式油中溶解气体及微水检测系统工作原理图仪器油样采集的方法与常规油样采集方法相同,而后将注射器内油样直接注入仪器顶空分析器的样品瓶。
随后对油样进行电磁搅动使其中的溶解气体不断蒸发,同时使顶空内的气体在气路内循环。
一旦气液相浓度达到平衡状态,仪器内的PAS光声光谱测量模块立即对顶空内的气样进行分析,并将最终得到的各气体浓度结果一同显示出来。
光声光谱与气相色谱测量原理监测系统的常规对比①采用光声光谱测量原理的系统结构简单可靠,而采用气相色谱测量原理的系统结构相对复杂。
因此前者的系统可靠性更高。
采用光声光谱原理仪器核心部件就是采用动态顶空法的脱气模块和采用光声光谱原理的光声光谱测量模块。
在动态顶空室经过高效脱气分离后的混合气体直接进人光声室,由光声光谱测量模块进行检测,不需要组分分离模块。
采用气相色谱测量原理的系统的性能主要取决于油气分离模块、组分色谱分离模块,气体检测模块的性能。
而实现组分分离也是在线色谱的核心,组分分离度和进样量两项指标直接影响了系统的性能。
良好的组分分离度要求各组分都可以得到很好的分离,而进样量的一致性则对测量结果影响较大。
对柱温的精确要求以及对高精密气路切换的要求等极大地增加了系统的复杂性,导致了系统可靠性的降低。
总之,系统结构的复杂和不稳定性成为制约系统可靠性的瓶颈。
②采用光声光谱测量原理的系统测量技术先进,代表了未来变压器油中溶解气体及微水在线检测的发展趋势。
而采用气相色谱测量原理的系统在早期应用得更为普及。
前者的测量精度更高,重复性好,乙炔的最低测量下限超过了国家标准,而后者的测量精度相对较低。
主要技术指标对比表③采用光声光谱测量原理的系统测量效率高,而采用气相色谱测量原理的系统的测量效率相对较低。
前者的最短检测周期可达1h次,能最大程度的体现在线检测的意义。
光声光谱系统采用高效的动态顶空法进行脱气,所需要的油样少,脱气时间短,在很短的时间就可以达到动态平衡。
测量周期最短可以设置成1h次,能最大程度的实现在线检测。
而采用气相色谱测量原理的系统,其脱气过程大多比较长。
目前普遍使用的高分子膜,平衡时间较长,使测量失去了及时性。
④采用光声光谱测量原理的系统性价比更高,能真正实现免维护,无后续投资,因此长期使用投资回报率更大。
而采用气相色谱测量原理的系统性价比相对较低,人工维护量大,需后续投资。
采用光声光谱测量原理的系统的关键设备使用寿命长,而采用气相色谱测量原理的系统的关键设备使用寿命较短。
绝大多数的基于气相色谱测量原理的系统内的色谱柱、传感器的寿命在2-4a左右,这与变压器的30a的设计寿命相比,监测系统本身所需要的维护周期太短。
⑤采用光声光谱测量原理的系统不需要标气、载气、色谱柱等耗材,而采用气相色谱测量原理的系统则需要上述耗材。
光声光谱技术测量环节中没有色谱柱,不存在色谱柱的污染、老化、饱和等因素,因此不需要用标气进行标定,而后者的测量环节由于有核心部件色谱柱,存在老化的现象,需要用标气对其进行定期标定。
光声光谱技术测量过程中不需要载气,而后者需要定期更换载气。
采用气相色谱测量原理的在线检测系统,使用高纯载气携带特定量的混合特征气体通过色谱柱,其消耗性载气高纯氮气、氦气通常可用一年,如果检测周期较短的话,消耗更快。
其对消耗性高纯载气的依赖也增大了在线应用时的维护工作量。
长期而言,消耗性备件需求大。