充油式電力變壓器在運(yùn)行過(guò)程中內(nèi)部發(fā)生熱故障、放電性故障或者油、紙老化時(shí)，絕緣油將裂解產(chǎn)生氫氣（ H2 ）、甲烷（ CH4 ）、乙烷（ C2H6 ）、乙烯（ C2H4）、乙炔（ C2H2 ）、一氧化碳（ CO ）、二氧化碳（ CO2 ）等故障氣體，故障氣體的含量與故障類型和嚴(yán)重程度密切相關(guān)。 通過(guò)對(duì)變壓器絕緣油中微弱故障氣體含量在線監(jiān)測(cè)，分析溶解于變壓器油中氣體，可及早發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部早期潛伏性故障，掌握故障發(fā)展態(tài)勢(shì)。
當(dāng)前，變壓器油氣在線監(jiān)測(cè)已提出多種方法，如油色譜技術(shù)、紅外寬譜光源光聲光譜氣體檢測(cè)技術(shù)。 長(zhǎng)期使用中，這些方法存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、消耗載氣、色譜柱受油污后精度下降以及測(cè)量氣體之間交叉干擾等弊端。 武漢豪邁光電科技有限公司從多個(gè)角度對(duì)油氣監(jiān)測(cè)技術(shù)缺陷進(jìn)行改善，開(kāi)創(chuàng)性地將半導(dǎo)體激光器技術(shù)與光聲光譜技術(shù)相結(jié)合，推出PASL-3000 激光光聲光譜變壓器油中氣體在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)一步提高了主變初期缺陷發(fā)現(xiàn)率，降低了故障發(fā)生率和運(yùn)維成本。
光聲光譜技術(shù)是基于光聲效應(yīng)的一種光譜檢測(cè)技術(shù)，光聲效應(yīng)是由氣體分子吸收特定波長(zhǎng)的電磁輻射（如紅外光）所產(chǎn)生。 氣體吸收輻射后導(dǎo)致溫度上升，此時(shí)如將氣體置于密閉容器，溫升相應(yīng)導(dǎo)致氣體壓力增高。 如采用脈沖光照射密閉氣體，利用靈敏的微音 器即可探測(cè)到與脈沖光頻率相同的壓力波動(dòng)。
將光聲效應(yīng)用于實(shí)際檢測(cè)首先需要確定每種氣體特定的分子吸收光譜，從而可對(duì)紅外光源進(jìn)行波長(zhǎng)調(diào)制使其能夠激發(fā)某一特定氣體分子，其次要確定氣體吸收能量后受激產(chǎn)生的壓力波強(qiáng)度與氣體濃度間的比例關(guān)系。 因此，通過(guò)選取待檢測(cè)氣體的紅外吸收波長(zhǎng)的光信號(hào)激發(fā)氣體并檢測(cè)壓力波的強(qiáng)度，可驗(yàn)證某種氣體是否存在并確定其濃度，甚至對(duì)某些混合物或化合物也可做出定性、定量分析。
△ 激光光聲光譜油氣檢測(cè)系統(tǒng)流程示意圖
激光光聲光譜油氣檢測(cè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)
傳 統(tǒng)紅外寬譜光源在使用中需要采用濾光盤(pán)過(guò)濾成幾十納米到幾百納米的單色光，調(diào)制盤(pán)（斬光器）將連續(xù)光信號(hào)調(diào)成脈沖信號(hào)，該過(guò)程存在以下問(wèn)題：
△ 寬譜光源濾光片結(jié)構(gòu)示意圖
1）采用寬譜光源進(jìn)行測(cè)試時(shí)，不同組分氣體間由于頻率接近，容易產(chǎn)生干擾。
△ 常見(jiàn)的組分氣體紅外吸收頻譜
2） 濾光盤(pán)與脈沖調(diào)制采用機(jī)械結(jié)構(gòu)存在磨損，長(zhǎng)時(shí)間使用將產(chǎn)生誤差。
激光光聲光譜技術(shù)在傳統(tǒng)紅外寬譜光源光聲光譜技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行升級(jí)，利用激光光源代替紅外寬譜光源，對(duì)光聲池進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意圖如下：
△ 激光光聲光譜油氣檢測(cè)系統(tǒng)原理圖
激光光聲光譜技術(shù)采用單色激光光源替代傳統(tǒng)紅外寬譜光源和濾光片，避免故障氣體檢測(cè)時(shí)交叉干擾，電調(diào)制代替了機(jī)械調(diào)制盤(pán)，避免了機(jī)械結(jié)構(gòu)磨損，同時(shí)激光光聲光譜油中氣體在線檢測(cè)系統(tǒng)采用恒溫真空脫氣技術(shù)，對(duì)脫氣機(jī)構(gòu)抽真空，脫氣效率高，重復(fù)性好，脫氣過(guò)程中變壓器油不與空氣接觸，油樣零污染、零損耗，進(jìn)而保證變壓器的安全與油氣檢測(cè)的重復(fù)性、準(zhǔn)確度。
無(wú)需載氣、不停電安裝： 通過(guò)取油口直接取樣，監(jiān)測(cè)完成后返回油箱，運(yùn)行不需要人員操作，運(yùn)行過(guò)程中無(wú)需載氣或者重新標(biāo)定，安裝過(guò)程無(wú)需停電。
窄帶寬精準(zhǔn)測(cè)試，避免干擾： 單色激光光源，無(wú)需濾光，取代傳統(tǒng)紅外光源光聲光 譜系統(tǒng)的濾光片，檢測(cè)混合故障氣體時(shí)可精準(zhǔn)避開(kāi)交叉干擾，測(cè)量精度高。
電子調(diào)制激光避免機(jī)械結(jié)構(gòu)故障： 通過(guò)電信號(hào)驅(qū)動(dòng)激光器產(chǎn)生脈沖光信號(hào)，取代傳統(tǒng)紅外光源光聲光譜系統(tǒng)的調(diào)制盤(pán)，減少了機(jī)械震動(dòng)與損耗，降低故障隱患。
恒溫真空脫氣避免交叉污染： 脫氣效率高，重復(fù)性好，脫氣油樣不與空氣接觸，油樣零污染、零損耗，保證變壓器回油安全。
專家診斷系統(tǒng)： 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)提供大衛(wèi)三角形法、三比值法專家診斷系統(tǒng)，基于DLT-722變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則，根據(jù)故障氣體濃度、趨勢(shì)、氣體比率和氣體變化率等對(duì)變壓器的故障性質(zhì)及類型做出預(yù)判。
國(guó)家電網(wǎng)湖北省某供電公司要求對(duì)新建變電站油中氣體檢測(cè)技術(shù)升級(jí)，在監(jiān)測(cè)變壓器油中氣體的同時(shí)，對(duì)真空有載開(kāi)關(guān)內(nèi)絕緣油中氣體的組分含量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。 使用同一套測(cè)試系統(tǒng)同時(shí)檢測(cè)兩組不同的油樣，必須使用兩組真空脫氣模塊，從物理上隔離油樣相互污染。 經(jīng)雙方溝通探討，我公司在原有單組采樣系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，新增一套完全隔離的油樣采樣與脫氣回路，實(shí)現(xiàn)兩組油樣脫氣單元的獨(dú)立并行，投運(yùn)至今系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定正常。
目前，PASL-3000 激光光聲光譜變壓器油中氣體在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已通過(guò)中國(guó)電力科學(xué)研究院檢測(cè)，在全國(guó)各大變電站現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，運(yùn)行穩(wěn)定，可靠性高，獲得顯著成果，得到用戶廣泛好評(píng)與認(rèn)可，為電力系統(tǒng)安穩(wěn)運(yùn)行提供了強(qiáng)有力保障。
