基于膜分離與光聲光譜的絕緣油中溶解氣體在線分析技術(shù).pdf

1、油中溶解氣體在線分析技術(shù)（On-line Dissolved Gas Analysis）是對變壓器等充油電力設(shè)備運行狀態(tài)進行在線監(jiān)測的重要手段，也是實現(xiàn)變壓器等電力設(shè)備狀態(tài)檢修的必然要求。通過對變壓器絕緣油中溶解的故障氣體（CH4，C2H2，C2H4，C2H6，CO，CO2，H2）進行油氣分離和定量分析，可以得到其運行狀態(tài)進而對其進行故障診斷。油氣分離膜可以實現(xiàn)對故障氣體的連續(xù)在線分離，光聲光譜（Photoacoustic Spectr

2、oscopy）氣體定量分析方法可以實現(xiàn)對故障氣體組分高靈敏度的定量分析。本文結(jié)合變壓器在線監(jiān)測與狀態(tài)檢修的要求，對基于油氣分離膜和非共振光聲光譜的變壓器絕緣油中溶解氣體在線分析技術(shù)中存在的一些問題進行了研究。
　　通過分析膜對故障氣體的油氣分離過程，對影響油氣分離過程及結(jié)果的因素進行研究。針對原有油中溶解氣體體積分數(shù)計算方法的缺陷，提出了一種計算油中溶解氣體體積分數(shù)的新算法——動態(tài)算法。該算法利用等時間間隔點上氣室中氣體體積分數(shù)，

3、在油氣分離過程未達到平衡時，計算絕緣油中溶解氣體體積分數(shù)；同時在該算法中引入了溫度修正系數(shù)，理論上消除了溫度變化對動態(tài)算法計算油中溶解氣體體積分數(shù)結(jié)果的影響。
　　在實驗室進行油氣分離膜性能的比較實驗后，建立了油氣分離膜作為脫氣單元的油中溶解H2及CO氣體在線分析系統(tǒng)。以實驗室離線氣相色譜的測量結(jié)果為基準值，采用動態(tài)算法并進行溫度修正后得到絕緣油中溶解H2與CO氣體體積分數(shù)，與未采用動態(tài)算法相比氣體體積分數(shù)結(jié)果的準確性和實時性得到

4、提高，驗證了基于膜分離的動態(tài)算法和溫度修正系數(shù)的有效性。結(jié)合IEC與CIGRE的調(diào)查結(jié)果，對油中溶解氣體在線分析結(jié)果提出了準確性、重復性及再現(xiàn)性的要求。給出油中溶解氣體在線分析結(jié)果的典型值、注意值與預(yù)警值的設(shè)定方法后，基于絕緣油中溶解氣體體積分數(shù)與變壓器發(fā)生故障概率的關(guān)系，提出了一種根據(jù)油中溶解氣體體積分數(shù)在線分析結(jié)果計算下一次采樣時間間隔的方法，并給出了計算實例。
　　在研究氣體分子振轉(zhuǎn)能級及躍遷條件的基礎(chǔ)上，對故障特征氣體中C

5、O、CO2、CH4、C2H2、C2H4及C2H6氣體分子的吸收譜線的特點進行分析。分析了光聲光譜氣體定量分析理論及光聲信號的激發(fā)過程，深入研究了非共振與共振光聲信號的差異，分析光聲池壁對光聲信號的反射與透射，推導傳聲器輸出與光聲池中聲壓的對應(yīng)關(guān)系，為非共振光聲池的設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)。建立故障氣體非共振光聲光譜定量分析系統(tǒng)的模型，推導吸收譜線存在交叉干擾的情況下，光聲信號幅值與故障氣體中各組分體積分數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系，為非共振光聲光譜法應(yīng)用

6、于變壓器絕緣油中溶解氣體在線分析提供理論基礎(chǔ)。
　　建立基于非共振光聲光譜理論的絕緣油中溶解氣體定量分析實驗系統(tǒng)。通過分析光源調(diào)制頻率對光聲信號的影響，提出將光源調(diào)制頻率降至次聲頻段的方法，提高了光聲信號輸出的幅值。分析實驗系統(tǒng)的噪聲來源，設(shè)計了高信噪比的非共振式光聲池。采用建立的非共振次聲光聲光譜實驗系統(tǒng)對CO、CO2、C2H2、C2H4、C2H6及CH4氣體進行了定量分析，計算得到系統(tǒng)對于單一氣體測量的極限靈敏度，同時對測量結(jié)