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利用激光光声光谱技术实现变压器油中气体在线

作者:大发官网 发布于:2020-11-26 19:15 点击量:

  充油式电力变压器在运行过程中内部发生热故障、放电性故障或者油、纸老化时,绝缘油将裂解产生氢气( H2 )、甲烷( CH4 )、乙烷( C2H6 )、乙烯( C2H4)、乙炔( C2H2 )、一氧化碳( CO )、二氧化碳( CO2 )等故障气体,故障气体的含量与故障类型和严重程度密切相关。通过对变压器绝缘油中微弱故障气体含量在线监测,分析溶解于变压器油中气体,可及早发现变压器内部早期潜伏性故障,掌握故障发展态势。

  当前,变压器油气在线监测已提出多种方法,如油色谱技术、红外宽谱光源光声光谱气体检测技术。长期使用中,这些方法存在结构复杂、消耗载气、色谱柱受油污后精度下降以及测量气体之间交叉干扰等弊端。武汉豪迈光电科技有限公司从多个角度对油气监测技术缺陷进行改善,开创性地将半导体激光器技术与光声光谱技术相结合,推出PASL-3000 激光光声光谱变压器油中气体在线监测系统,进一步提高了主变初期缺陷发现率,降低了故障发生率和运维成本。

  光声光谱技术是基于光声效应的一种光谱检测技术,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。如采用脉冲光照射密闭气体,利用灵敏的微音器即可探测到与脉冲光频率相同的压力波动。

  将光声效应用于实际检测首先需要确定每种气体特定的分子吸收光谱,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,其次要确定气体吸收能量后受激产生的压力波强度与气体浓度间的比例关系。因此,通过选取待检测气体的红外吸收波长的光信号激发气体并检测压力波的强度,可验证某种气体是否存在并确定其浓度,甚至对某些混合物或化合物也可做出定性、定量分析。

  传统红外宽谱光源在使用中需要采用滤光盘过滤成几十纳米到几百纳米的单色光,调制盘(斩光器)将连续光信号调成脉冲信号,该过程存在以下问题:

  激光光声光谱技术在传统红外宽谱光源光声光谱技术基础上进行升级,利用激光光源代替红外宽谱光源,对光声池进行优化设计,系统设计示意图如下:

  激光光声光谱技术采用单色激光光源替代传统红外宽谱光源和滤光片,避免故障气体检测时交叉干扰,电调制代替了机械调制盘,避免了机械结构磨损,同时激光光声光谱油中气体在线检测系统采用恒温真空脱气技术,对脱气机构抽真空,脱气效率高,重复性好,脱气过程中变压器油不与空气接触,油样零污染、零损耗,进而保证变压器的安全与油气检测的重复性、准确度。

  无需载气、不停电安装:通过取油口直接取样,监测完成后返回油箱,运行不需要人员操作,运行过程中无需载气或者重新标定,安装过程无需停电。

  窄带宽精准测试,避免干扰:单色激光光源,无需滤光,取代传统红外光源光声光谱系统的滤光片,检测混合故障气体时可精准避开交叉干扰,测量精度高。

  电子调制激光避免机械结构故障:通过电信号驱动激光器产生脉冲光信号,取代传统红外光源光声光谱系统的调制盘,减少了机械震动与损耗,降低故障隐患。

  恒温真空脱气避免交叉污染:脱气效率高,重复性好,脱气油样不与空气接触,油样零污染、零损耗,保证变压器回油安全。

  专家诊断系统:数据管理系统提供大卫三角形法、三比值法专家诊断系统,基于DLT-722变压器油中溶解气体分析和判断导则,根据故障气体浓度、趋势、气体比率和气体变化率等对变压器的故障性质及类型做出预判。

  国家电网湖北省某供电公司要求对新建变电站油中气体检测技术升级,在监测变压器油中气体的同时,对真空有载开关内绝缘油中气体的组分含量进行监测。使用同一套测试系统同时检测两组不同的油样,必须使用两组真空脱气模块,从物理上隔离油样相互污染。经双方沟通探讨,我公司在原有单组采样系统的基础上,新增一套完全隔离的油样采样与脱气回路,实现两组油样脱气单元的独立并行,投运至今系统运行稳定正常。

  目前,PASL-3000 激光光声光谱变压器油中气体在线监测系统已通过中国电力科学研究院检测,在全国各大变电站现场应用中,运行稳定,可靠性高,获得显著成果,得到用户广泛好评与认可,为电力系统安稳运行提供了强有力保障。

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