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深度解讀

利用激光光聲光譜技術(shù)實(shí)現(xiàn)變壓器油中氣體在線(xiàn)監(jiān)測(cè)

星之球科技 來(lái)源:EEPW首頁(yè)2020-07-27 我要評(píng)論(0 )   

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( C2...

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(lèi)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(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(xiàn)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。

系統(tǒng)優(yōu)勢(shì):

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(zhuān)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(zhuān)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(lèi)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(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(xiàn)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(hù)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。

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