采用光聲光譜技術與氣相色譜技術進行變壓器油中溶解氣體檢測的分

1、采用光聲光譜技術與氣相色譜技術進行變壓器油中溶解氣體檢測的分析比較Analysis and Compare of Photo-Acoustic Spectroscopy Technology andGas Chromatography Technology in Checking dissolved Gas in Transformer Oil廣東電網(wǎng)珠海供電局曾海Guangdong Power Grid Co1Zhuhai Power Supply BranchZen Hai摘要:本文總結了采用光聲光譜技術及氣相色譜技術在油中溶解氣體分析(D G A領域的應用,并對兩種技術加以比較。同時,文

2、中也給出了在美國、歐洲及中國各大電力公司對典型變壓器內油樣采用兩種技術分別進行試驗室及現(xiàn)場分析結果的相關性。Abstract:What applying the photo-Acoustic s pectroscopy technology and gas chromatography technology to analyze the dissolved gas in oil are introduced and com pared in this paper1The correlation of analysis results,which are made se parately in

3、lab and site by means of the two kinds of technology adopted by some large power corporations in China,USA and Europe to analyze the oil sample of representative transformers,also is given1關鍵詞:油中溶解氣體分析(D G A光聲光譜技術氣相色譜技術K ey w ords:Dissolved gas analysis in oil(D G APhoto-acoustic s pectroscopy techn

4、ologyG as chromatography technology11前言采用溶解氣體分析(DG A進行變壓器狀況分析的重要性已廣為人知。傳統(tǒng)的做法是采用氣相色譜(G C技術分析油中溶解的七種主要的故障氣體。而最近,英國凱爾曼(K elman公司則成功實現(xiàn)了將光聲光譜(PAS技術應用于溶解氣體分析,在此基礎上研制成功了PDG A型便攜式油中溶解氣體及微水分析儀Portable Diss olved G as Analyzer 。本文即對兩種方法在各自操作的技術細節(jié)、精度及重復性等方面進行對比并作總結。21光聲效應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(chǎn)生。氣體吸收輻射后導致

5、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。如采用脈沖光源照射密閉氣體,利用靈敏的微音器即可探測到與脈沖光源頻率相同的壓力波。但若將光聲效應用于實際檢測,則須滿足兩個前提條件:首先需要確定每種氣體特定的分子吸收光譜的特性,從而可對紅外光源進行波長調制使其能夠激發(fā)某一特定氣體分子;其次則是確定氣體吸收能量后退激產(chǎn)生的壓力波強度與氣體濃度間的比例關系。因此,通過選取適當?shù)牟ㄩL并結合檢測壓力波的強度,就不僅可驗證某種氣體是否存在,更可確定其濃度。甚至對某些混合物或化合物也可作出定性、定量分析。而這也正是應用光聲光譜技術(PAS的理論基礎。(上接20頁表2電容測量值電容計算值電容出廠

6、值介損測量值介損出廠值C1417140PF16969PF16970PF0110201093 C4106530PF105465PF106068PF010401035215C12、C13的測量C12、C13可用正接法測量。31結論:1對用于變壓器出口側的500kV CV T不拆線預試是完全可行的。2對于線路側CV T進行C11測試時,把中間PT尾頭、對地均打開,以提高準確性。對于C14和C4采用自激法測試。3同樣對與220kV CV T同樣可以采取不拆線預試。12技術改進與創(chuàng)新211采用光聲光譜技術進行油中溶解氣體分析圖1顯示了實際光聲光譜測量模塊的基本原 理。圖1光聲光譜原理簡圖一個簡單的燈絲光

7、源可提供包括紅外譜帶在內的寬帶光輻射, 采用拋物面反射鏡聚焦后進入光聲光譜測量模塊。以恒定速率(30Hz 轉動的調制盤可產(chǎn)生頻閃效應以便對光源進行頻率調制。在入射至光聲室之前,紅外輻射需透過一系列濾光片。不同的濾光片僅允許透射與某種分子光譜波長一致的光輻射,以便激發(fā)某種化合物分子。將氣態(tài)樣品注入光聲室后,記錄由微音器檢測到的入射光透射各濾光片后激發(fā)氣體樣品產(chǎn)生的壓力波強度。相應的數(shù)值則代表樣品中所含特征氣體的濃度值。212光聲光譜測量模塊圖2是英國Kelman 公司專門研制開發(fā)用于變壓器現(xiàn)場及在線油中溶解氣體分析的核心光聲光譜測量模塊的截面圖。圖2光聲光譜測量模塊該模塊外形尺寸為160

8、5;150×140mm ,重量小于2kg 。并配有系統(tǒng)測量及控制所需的電子處理系統(tǒng)。將該測量模塊與專門設計的油樣采集及氣體萃取等系統(tǒng)相結合后就構成了PD G A 型便攜式、全自動油中溶解氣體檢測系統(tǒng)。圖3給出了系統(tǒng)示意圖,并對該儀器的各主要部件加以說明。圖3PDG A 型便攜式油中溶解氣體及微水檢測系統(tǒng)的工作原理圖儀器油樣采集的方法與常規(guī)油樣采集方法相同,而后將注射器內油樣直接注入儀器頂空分析器的樣品瓶。隨后對油樣進行電磁攪動使其中的溶解氣體不斷蒸發(fā),同時使頂空內的氣體在氣路內循環(huán)。一旦氣液相濃度達到平衡狀態(tài),儀器內的PAS 光聲光譜測量模塊立即對頂空內的氣樣進行分析,并將最終得到的

9、各氣體濃度結果一同顯示出來。31氣相色譜技術圖4典型的氣相色譜檢測系統(tǒng)工作原理圖氣相色譜技術的基本原理是使樣品蒸發(fā)后注入色譜柱內進行分析。氣樣由惰性載氣攜帶緩緩通過色譜柱后到達檢測器,其間需控制色譜柱的溫度以便當氣樣通過色譜柱時由于其中各類化合物析出時間不同而達到對其分離的目的。隨后,將由檢測器得到的各化合物析出圖譜的時間、面積等參量與該化合物已知濃度圖譜對照后得到其濃度值。22采用光聲光譜技術與氣相色譜技術進行變壓器油中溶解氣體檢測的分析比較有時需要采用多個色譜柱及/或檢測器以便對樣品進行精確分析。在油中溶解氣體分析過程中,在將氣樣注入色譜柱之前,首先通過真空或頂空脫氣法獲得氣樣。ASTM及

10、IEC標準中均已詳細描述了幾種氣樣的制備及分析方法。41實驗室研究美國南方某一大型電力公司同意采用PD G A 型便攜式油色譜分析儀進行Beta測試,并將測試結果與其通常進行油色譜測試的試驗室結果進行比較。所采用的方法是首先制備大量相同油樣,在其中溶入已知濃度的混合故障氣體。隨后,將油樣分別采用三種氣相色譜儀及兩套PD G A型儀器(原型機及樣機進行分析。所有檢測過程均由該電力公司的專業(yè)技術人員在2003年下半年約2個月的時間內完成。下面的結果給出了所有氣相色譜儀與PD G A 檢測結果的對比情況。為清楚起見,每種氣體均分別顯示。但每份油樣中所含氣體均已檢測。實驗目的在于比較氣相色譜儀與PD

11、G A結果間的變化幅度及數(shù)據(jù)離散性。其中各條曲線代表以下數(shù)據(jù)。曲線1基于人工油樣制備過程而得出的理論氣體濃度;曲線2按時間順序得到的各氣相色譜儀數(shù)據(jù);曲線3氣相色譜儀讀數(shù)平均值;曲線4PD G A原型機(儀器1讀數(shù);曲線5PD G A樣機(儀器2讀數(shù);從兩臺PD G A儀器的結果上可以看出最初的原型機及樣機間的改進和提高。411甲烷CH4本例中,兩臺PD G A型儀器的結果均介于氣相色譜儀讀數(shù)分布之內。有趣的是PD G A儀器2的測量偏差約小于氣相色譜儀的1/2 。41 2乙炔C2H2本例中,制備油樣中的乙炔含量極低,顯然會造成測量上的困難。但兩臺PD G A型儀器的結果均介于氣相色譜儀讀數(shù)分布之內。51結論上述實驗室以及在美國、歐洲進行的現(xiàn)場測試明確地顯示了PD G A中所采用的光聲光譜技術及改進的頂空氣體萃取技術完全可與目前實驗室中廣泛運用的氣相色譜技術相媲美。大多數(shù)情況下,PD G A得出結果的分散性大大小于某些氣相色譜分析結果。尤其是當考慮到儀器型號、技術人員以及實驗室間差別等因素后,兩種技術間的差別的確相當微小。總而言之,兩類技術可對各類變壓器、有載分接開關內油樣直接給出具有可比性的D G A結果。并且兩類技術結果間的微小差異通?？蓺w因于試驗誤差。參考文獻:1McIl