充油式電力變壓器在運(yùn)行過程中內(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。

光聲光譜氣體檢測(cè)技術(shù)原理：

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過濾成幾十納米到幾百納米的單色光，調(diào)制盤（斬光器）將連續(xù)光信號(hào)調(diào)成脈沖信號(hào)，該過程存在以下問題：

△ 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。

△ 常見的組分氣體紅外吸收頻譜

2）濾光盤與脈沖調(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，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。

系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)：

無需載氣、不停電安裝：通過取油口直接取樣，監(jiān)測(cè)完成后返回油箱，運(yùn)行不需要人員操作，運(yùn)行過程中無需載氣或者重新標(biāo)定，安裝過程無需停電。

窄帶寬精準(zhǔn)測(cè)試，避免干擾：單色激光光源，無需濾光，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，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。

典型案例：

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。