电力变压器的光声光谱油色谱在线监测

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1、可编辑版摘要：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

2、，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

3、声光谱技术光声光谱(Photo-acousticspectrometry)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

4、的测量来实现的。1.1.2光声光谱应用于油中溶解气体检测在特定波长红外光的照射下，气体分子由基态跃迁至激发态，由于处于激发态的分子与处于基态的分子相互碰撞，经过无辐射弛豫过程，气体吸收的光能转变为分子间的动能，进而增强分子间的碰撞，造成气体温度的升高。在气体体积一定的条件下，气体压力随着温度的升高而增大。如果对光源的频率进行调制，分子动能便会随调制频率发生同样的周期性变化，从而引发气体温度和压强也随之周期性变化。在此过程中会产生Word完美格式可编辑版周期性变化的压力波，可以利用微音器对其进行感应，并以电信号的模式输出。气体无辐射弛豫传能过程所需时间决定于气体

5、各组成部分的化学和物理性质。气体分子由激发态的振动动能经无辐射弛豫转变为分子碰撞的平动动能的时间，远小于光的调制周期，所以一般不考虑传能过程所用的时间。此时，光的调制相位即为光声信号的相位，光声信号强度同气体的体积分数及光的强度成正比。当光的强度一定，气体的体积分数可由分析光声信号的强度得出。在故障气体的分子红外吸收光谱中(图1)，有不同化合物分子特征谱线交叠重合的现象，因此应选择相对独立的特征频谱区域，从而避免检测过程中不同气体间发生干扰，以满足检测要求。图1故障气体分子红外吸收光谱图1.1.1在线监测单元工作原理图2演示了光声光谱技术应用于在线监测装置中的

6、原理。通过抛物面反射镜将光源聚焦，形成入射光。入射光的频率通过转动速率恒定的调制盘后，其频率得到调制，然后由一组滤光片进行分光，只有某一特定波长可以通过，滤光片的允许通过波长，同光声室内某特定气体的吸收波长相对应。波长经过调制后的红外线，在声光室内对某特定气体分子，以调制频率进行反复激发。气体分子被激发后，以辐射或非辐射的方式回到基态。就非辐射驰豫过程而言，分子动能体系能量转化结果为分子动能，从而导致局部气体温度升高，在密闭光声室内引发周期性机械压力波，随后由微音器对其进行检测。在此原理过程中，调制频率确定了光吸收激发的声波的频率，可吸收该窄带光谱的特征气体的

7、体积分数体现于声波的强度，因此，通过明确气体体积与声波强度的定量关系，就可以得出气池中各气体准确的体积分数。在上述过程中，通过更换不同滤光片，就可以明确光声室内气体的种类以及相应的体积份数。Word完美格式可编辑版图2光声光谱在线监测装置原理简图1.1电力变压器油色谱在线监测原理分析电力变压器绝缘油中溶解气体的组分含量，是大型变压器故障诊断的最有效的方法之一。传统的实验室油色谱分析有周期长、从取样到运送测量环节多等缺点，而在线监测技术很好地弥补了这个缺点，能够在线持续地测量变压器油中的气体情况、长期储存测量结果、提供变压器某一时间段的油中气体的趋势，对于及时发

8、现变压器潜伏性故障,避免发生电力系统重