变压器油中溶解气体光声光谱检测技术研究

华中科技大学电气与电子工程学院的研究人员毛知新、文劲宇，在2015年第7期《电工技术学报》上撰文，光声光谱技术具有选择性好、检测范围宽、准确度高和免维护等优点, 基于光声光谱气体检测原理和变压器油中溶解气体的吸收光谱特征，对油中溶解气体进行和定性和定量分析，构建了结合动态顶空脱气和光声光谱检测的微量气体检测装置，研究了检测器内部噪声、环境温度和湿度等对检测结果的影响，结合现场数据和实验分析了空气湿度的影响并提出解决方案，对比检测了取自现场变压器的油样，结果达到了IEC和相关国家标准的要求。

光声效应是一种辐射热效应，起因于封闭气体中热量的损失和吸收所产生的气体体积的变化[1]。基于光声效应的微量气体检测技术，由于其灵敏度高、不消耗被测气体、检测范围宽、长期稳定性好等优点，可真正实现免维护，在变压器等油浸式电气设备的油中故障气体在线检测中具有巨大的应用潜力[2-5]。

国内外学者对气体光声光谱检测技术进行了大量的研究，研究内容主要集中在激光光源的选择、光声池和微音器的设计等方面[6-9]。采用CO、CO2等气体激光器作为光源的光声光谱检测装置理论上可检测10-13量级的微量气体，试验证明用波导CO2激光器作光源的光声光谱检测装置监测到10-12量级的C2H4气体，但激光器体积大、价格贵、操作复杂且不能调谐，不适合变压器油中多种溶解气体的在线监测。

同时为了提高检测准确度，学者们改善了光声池的设计，随着微音器技术的发展，相继出现了传统的电容式和电压式微音器、基于微加工技术设计的压电式石英音叉、采用微机电系统技术设计的薄膜型或薄层型微音器。

微音器的发展使得光声光谱检测变得更加敏感、系统趋于紧凑化、小型化。国内许多学者也进行了光声光谱在变压器油中溶解气体检测、局部放电下SF6及其分解组分的检测等应用研究[12-15]，并研究了温度、压力、湿度和斩波器频率等因素对光声光谱监测的影响[16-19]。

本文在分析光声光谱微量气体检测技术原理和变压器油中溶解气体的红外吸收光谱特征的基础上，搭建了结合动态顶空脱气和光声光谱气体检测的试验平台，在实验室恒温恒压的环境下验证了光声光谱气体检测的重复性和精确度。并结合理论和试验分析了噪声和外部环境温、湿度对检测结果的影响。为光声光谱技术在变压器油中溶解气体在线监测中的推广应用提供了技术支持。

结论

光声光谱气体检测技术具有灵敏度高、检测速度快、检测范围宽、不消耗被测气体和载气等优点，被推荐应用于电力系统变压器油中溶解气体的在线检测。分析了光声光谱微量气体检测原理和变压器油中溶解气体的特征吸收光谱，根据特征气体的吸收光谱特性计算油中各组分气体含量，搭建了基于动态顶空脱气和光声光谱检测的试验平台，与实验室安捷伦气相色谱仪对比测试了取自运行中的变压器的同一油样，测试了空气湿度对检测结果的影响，并结合现场采集的数据分子了湿度对检测结果的影响并提出了可行的解决方案。

同时研究了光声光谱检测器内部和外部环境噪声对检测的影响。为进一步完善光声光谱技术在变压器油中溶解气体检测上的应用提供了技术支持。