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    新突破丨如何利用激光光聲光譜技術實現變壓器油氣在線監測?
    發布時間:2020/07/27武漢市豪邁電力自動化技術有限責任公司
    充油式電力變壓器在運行過程中內部發生熱故障、放電性故障或者油、紙老化時,絕緣油將裂解產生氫氣( 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重程度密切相關。 通過對變壓器絕緣油中微弱故障氣體含量在線監測,分析溶解于變壓器油中氣體,可及早發現變壓器內部早期潛伏性故障,掌握故障發展態勢。
     
    當前,變壓器油氣在線監測已提出多種方法,如油色譜技術、紅外寬譜光源光聲光譜氣體檢測技術。 長期使用中,這些方法存在結構復雜、消耗載氣、色譜柱受油污后精度下降以及測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角度對油氣監測技術缺陷進行改善,開創性地將半導體激光器技術與光聲光譜技術相結合,推出PASL-3000 激光光聲光譜變壓器油中氣體在線監測系統,進一步提高了主變初期缺陷發現率,降低了故障發生率和運維成本。
     

    光聲光譜氣體檢測技術原理:

    光聲光譜技術是基于光聲效應的一種光譜檢測技術,光聲效應是由氣體分子吸收特定波長的電磁輻射(如紅外光)所產生。 氣體吸收輻射后導致溫度上升,此時如將氣體置于密閉容器,溫升相應導致氣體壓力增高。 如采用脈沖光照射密閉氣體,利用靈敏的微音 器即可探測到與脈沖光頻率相同的壓力波動。

    將光聲效應用于實際檢測首先需要確定每種氣體特定的分子吸收光譜,從而可對紅外光源進行波長調制使其能夠激發某一特定氣體分子,其次要確定氣體吸收能量后受激產生的壓力波強度與氣體濃度間的比例關系。 因此,通過選取待檢測氣體的紅外吸收波長的光信號激發氣體并檢測壓力波的強度,可驗證某種氣體是否存在并確定其濃度,甚至對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系統流程示意圖
     

    激光光聲光譜油氣檢測技術優勢

    統紅外寬譜光源在使用中需要采用濾光盤過濾成幾十納米到幾百納米的單色光,調制盤(斬光器)將連續光信號調成脈沖信號,該過程存在以下問題:

    △  寬譜光源濾光片結構示意圖

    1)采用寬譜光源進行測試時,不同組分氣體間由于頻率接近,容易產生干擾。

    △  常見的組分氣體紅外吸收頻譜

    2) 濾光盤與脈沖調制采用機械結構存在磨損,長時間使用將產生誤差。

    激光光聲光譜技術在傳統紅外寬譜光源光聲光譜技術基礎上進行升級,利用激光光源代替紅外寬譜光源,對光聲池進行優化設計,系統設計示意圖如下:

    △ 激光光聲光譜油氣檢測系統原理圖

    激光光聲光譜技術采用單色激光光源替代傳統紅外寬譜光源和濾光片,避免故障氣體檢測時交叉干擾,電調制代替了機械調制盤,避免了機械結構磨損,同時激光光聲光譜油中氣體在線檢測系統采用恒溫真空脫氣技術,對脫氣機構抽真空,脫氣效率高,重復性好,脫氣過程中變壓器油不與空氣接觸,油樣零污染、零損耗,進而保證變壓器的安全與油氣檢測的重復性、準確度。

     

    技術優勢:

    無需載氣、不停電安裝: 通過取油口直接取樣,監測完成后返回油箱,運行不需要人員操作,運行過程中無需載氣或者重新標定,安裝過程無需停電。

    窄帶寬精準測試,避免干擾: 單色激光光源,無需濾光,取代傳統紅外光源光聲光 譜系統的濾光片,檢測混合故障氣體時可精準避開交叉干擾,測量精度高。

    電子調制激光避免機械結構故障: 通過電信號驅動激光器產生脈沖光信號,取代傳統紅外光源光聲光譜系統的調制盤,減少了機械震動與損耗,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: 數據管理系統提供大衛三角形法、三比值法專家診斷系統,基于DLT-722變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則,根據故障氣體濃度、趨勢、氣體比率和氣體變化率等對變壓器的故障性質及類型做出預判。
     

    典型案例:

    國家電網湖北省某供電公司要求對新建變電站油中氣體檢測技術升級,在監測變壓器油中氣體的同時,對真空有載開關內絕緣油中氣體的組分含量進行監測。 使用同一套測試系統同時檢測兩組不同的油樣,必須使用兩組真空脫氣模塊,從物理上隔離油樣相互污染。 經雙方溝通探討,我公司在原有單組采樣系統的基礎上,新增一套完全隔離的油樣采樣與脫氣回路,實現兩組油樣脫氣單元的獨立并行,投運至今系統運行穩定正常。

    目前,PASL-3000 激光光聲光譜變壓器油中氣體在線監測系統已通過中國電力科學研究院檢測,在全國各大變電站現場應用中,運行穩定,可靠性高,獲得顯著成果,得到用戶廣泛好評與認可,為電力系統安穩運行提供了強有力保障。

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