基于光声光谱技术的变压器油中溶解气体分析研究

基于光声光谱技术的变压器油中溶解气体分析研究为保障电网可靠、安全、平稳地运行,要求对电网中尤其是重要位置的大型油浸变压器的运行状况进行不间断的在线监测。在现有各种技术中,变压器油中溶解气分析(DGA)是目前监测充油变压器潜在故障与运行状况最为可靠的方式与重要手段。

通过对油中溶解气体分析,可以掌握变压器当前的运行状态,辨别其故障类型,为故障变压器的工作状态以及性能评估提供了重要依据。光声光谱法具有高灵敏度、大动态范围、无需消耗载气、低漂移和高稳定性等优点,因此近年来利用光声光谱技术进行变压器DGA在线监测已成为浸油式变压器健康监测的首选技术方案。

针对变压器油中多种溶解气的在线分析需求,本文提出了将近红外波段半导体可调谐激光器结合光纤放大器作为光源、光纤声波传感器作为探测光声信号的麦克风、共振式光声池作为检测场所的方案,结合斩波器强度调制与锁相放大微弱信号检测技术搭建的光声光谱多组分气体检测系统。通过选择1529.39nm、1531.59nm和1572.34nm三个不同的激光输出波长,实现了对CH4、C2H2和CO2等变压器的几种主要故障特征气体的同时监测与分析,各气体的极限检测灵敏度分别达到434.783ppm、28.249ppb、16.260ppm。

为了提高CH4气体检测的极限灵敏度,选择吸收系数更大的1650.96nm波长,将CH4气体的极限检测灵敏度提高到7.463ppm,提高了近两个数量级。本文的主要工作是研究基于近红外可调谐半导体激光器的光声光谱多组分气体检测系统,并用于变压器DGA中的多组分气体浓度检测。

经过理论分析计算,并结合多次重复实验结果,表明该实验系统可实现对

CH4和C2H2等多种重要的变压器溶解气的高灵敏度和高稳定性检测,很好地显现出了光声光谱技术的技术优势。未来通过使用半导体光放大器(SOA),并深入的研发具有更高性能的光纤麦克风,以实现系统更高的极限检测灵敏度,有望发展成为光声DGA的一种新的技术方案。