光声光谱技术前景

附件2：

XXXX有限责任公司科技项目

可行性研究报告

项目名称：光声光谱技术绝缘油在线监测分析系统申请单位：

起止时间：

项目负责人：

联系电话：

通信地址：

申请日期： 2011年01月20日

一、目的和意义

该研究项目是在线式光声光谱油中溶解气体分析系统的应用研究科技项目，将采用比较和实证的研究方法，为在线式光声光谱技术油中溶解气体分析系统项目的可靠性分析并提出可操作性的指导意见或方案。

由于在电力系统中普遍实行的定期检修制度已不能适应电力系统改革发展的需要和电力用户对供电可靠性的要求，推行在国际上更先进的状态检修已成为电力企业的迫切要求，即根据设备的运行状态确定是否需要维修和如何维修，而在线监测是对高压电气设备实行状态维修的必须和有效手段。

油中溶解气体分析（DGA）是业内公认的预防充油电气设备故障最为有效的方法之一，分为离线和在线测试两种。传统油中溶解气体的分析方法是采用离线式气相色谱法，一直以来，被国内各大、中、小型变电站普遍使用。离线式气相色谱分析法具有选择性好、分离性能高、分离时间快、灵敏度高、适用范围广和技术成熟等优点，但也存在其固有的原理缺陷，例如，脱气作业存在人为误差，监测曲线的人工修正也会加大误差；从取油样到油气分离再到实验室分析，作业程序复杂，花费时间长；另外，绝缘劣化的发展有快有慢，预防性试验不能实时地发现故障，对电力变压器中气体含量实施在线监测已成为迫切的需要。在线式的气相色谱监测系统很好的解决了离线式色谱仪的检测周期长、分析时间长等缺点。但是，目前所使用的在线式色

谱分析系统都是采用气相色谱技术原理，即将实验室仪器简单地进行小型化改造，从目前使用中的在线式气相色谱分析系统的实测情况来看，主要有如下几个缺点：

1、检测精度不够，重复性差，不能满足实际工作需要；

2、需要标气、载气等，后期维护量大，长期运行费用高；

3、气相色谱技术管路复杂、组件多，仪器长期运行的稳定性和可靠性不够。

而光声光谱技术在线式油中溶解气体分析系统能有效的避免以上不足，能为电网公司创造巨大的直接经济效益。

二、项目研究的背景

1、项目研究的背景

电网是经济社会发展的基础设施和重要的公用事业，是现代化建设的基本保障，关系国家能源安全和国计民生。建设坚强智能电网，充分发挥电网在资源优化配置、全面服务国民经济发展中的作用，对我国经济社会全面、协调、可持续发展具有十分重要的现实意义。2008年国家为扩大内需，提出了加快建设智能电网的要求，各级电力公司纷纷提出建设规划和实施纲要，大大加快了智能电网的建设步伐。

智能电网从技术层分析，它是以物理电网为基础，将现代先进的传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网。而本系统是集成先进传感器技术、通讯

技术、控制技术、计算机及数据处理技术的综合系统，是建设智能电网的基础。

随着电力工业的迅速发展和技术进步，大容量、高压发供电用油设备逐渐增多，电力设备中的变压器、互感器、汽轮机等维护及监督的重要手段依然是电力用油的监督和分析。电力用油技术监督已经成为各发供电单位的一项重要技术监督工作，它对保障电力生产安全、经济运行有重要作用。在众多高压电力设备事故原因追踪分析中，绝缘油的测量、分析较其他试验方法更灵敏、量化、准确。

因此，对简单、快速、便捷而又准确的分析仪器或系统的需求越来越迫切。检测充油电气设备特别是电力变压器内部早期故障，确保设备运行的安全可靠，实现将设备的定期维护方式转变为实时监测和预防性检测或维修，有利于减少重大电力事故的发生。

2、国内外的研究情况

光声效应最早是由A.G.贝尔于1880年发现。光声光谱的理论研究在20世纪70年代前后已相当成熟和完善，但受当时半导体制造技术的限制，一直到20实际70年代末期，随着微信号检测技术的发展，高灵敏微音器和压电陶瓷传声器的问世以及强光源（激光器等）的出现，其特定领域的应用研究才得到的飞跃发展。近几年，在电力行业绝缘油中溶解气体分析中也得以应用。国外已有部分厂家在电力行业应用该技术检测油中溶解气体的分析，但是受到技术和研究人员的限制，其产品并不能满足国内市场需要。

色谱技术最早由"色谱学之父"俄国植物学家 Tswett于1901年开始研究，两年后他发表了他的研究成果"一种新型吸附现象及其在生化分析上的应用“，提出了应用吸附原理分离植物色素的新方法。1904年，他将这种方法命名为色谱法(Chromatography)。自1952年世界上第一次创建实用气液色谱法以来，在短短几十年间，气相色谱仪作为现代分析检测仪器的代表，已发展成为一个有相当生产规模的产业，并形成了具有相当丰富的检测技术知识的学料。采用气相色谱技术对绝缘油中溶解气体进行分析和诊断的应用已经超过30年的历史。

在线式分析系统，目前主要是气相色谱技术和化学分子膜技术。气相色谱法的原理决定了设备在现场需要有标气和载气等耗材，它需要定期维护或更换，色谱柱由于使用寿命的限制需要定期更换；高压气瓶的运输和存储存在一定的危险，气相色谱技术的分析系统不仅增加了使用成本，而且对设备和人身安全都构成了威胁。对于化学分子膜技术，虽然其测量原理不需要附带标气载气，但是其传感器关键部件使用寿命短，正常的化学分子模式传感器使用寿命一般为2年，并且，传感器之间的测量干扰较大，测量时需要的气样也较多，其准确性和效率低，不太适合普遍推广。而光声光谱技术的快速、准确、无需耗材、能同时测量绝缘油中溶解的多种气体及微水含量等诸多优点，为在线监测系统提供了一种崭新的测量技术和手段。

光声光谱技术有其他检测技术不具有的优点。例如，不消耗被测样品，不需要消耗性载气，不需要标准样气，各部件使用寿命长，气

路简单，容易控制，测量时间短，灵敏度高，制造成本低等等。这些优点被越来越多的专业人士接受并认同，很多国外大公司对此已研究多年，尤其是2008年通用电气公司收购英国一家光声光谱专业公司后，将此技术整合到其智能电网产品业务组合。为该技术在全球范围内的推广和应有提供了良好的基础。

3、研究的技术关键与难点。

在光声光谱技术应用于油中溶解气体及微水分析的过程中，我们发现由于溶解气体的分子结构相差性不大，各分子吸收的波段有很多的重叠，这个对光源的稳定性有很高的要求，所以稳定的宽光源和合适的计算方式是该技术的关键，难点在于如何做到低成本制造，如何提高脱气效率，如何解决在不同使用条件下的电磁兼容及稳定性问题等。

三、项目申请单位具备的研究基础和条件

1、项目负责人的情况介绍，专业、特长、工作量和在本项目中的作用；

项目负责人黎卫文于1995年参加工作，电气工程硕士，电气工程高级工程师。在变电运行、检修、试验、继电保护等方面的管理及技术应用有较为深入的研究。2006年－2007年主持完成了110kV变电站高压设备状态检修与信息管理技术的综合应用的科技项目，2007年－2008年主持完成了35kV简易变电站远程监控实现的科技项目。项目负责人具有较高的专业技术和管理水平，在本项目中起主导作