光声光谱可行性研究报告

1、附件2:申请编号XXXX#限责任公司科技工程可行性研究报告工程名称： 光声光谱技术绝缘油在线监测分析系统申请单位：起止时间：_工程负责人：联系 :通信地址：申请日期： 2021 年01月20日一、目的和意义该研究工程是在线式光声光谱油中溶解气体分析系统的应用研 究科技工程,将采用比较和实证的研究方法,为在线式光声光谱技术 油中溶解气体分析系统工程的可靠性分析并提出可操作性的指导意 见或方案.由于在电力系统中普遍实行的定期检修制度已不能适应电力系 统改革开展的需要和电力用户对供电可靠性的要求,推行在国际上更先进的状态检修已成为电力企业的迫切要求, 即根据设备的运行状态 确定是否需要维修和如何维修

2、,而在线监测是对高压电气设备实行状 态维修的必须和有效手段.油中溶解气体分析DGA是业内公认的预防充油电气设备故障 最为有效的方法之一,分为离线和在线测试两种.传统油中溶解气体 的分析方法是采用离线式气相色谱法,一直以来,被国内各大、中、 小型变电站普遍使用.离线式气相色谱分析法具有选择性好、 别离性 能高、别离时间快、灵敏度高、适用范围广和技术成熟等优点,但也 存在其固有的原理缺陷,例如,脱气作业存在人为误差,监测曲线的 人工修正也会加大误差；从取油样到油气别离再到实验室分析, 作业 程序复杂,花费时间长；另外,绝缘劣化的开展有快有慢,预防性试 验不能实时地发现故障,对电力变压器中气体含量实

3、施在线监测已成 为迫切的需要.在线式的气相色谱监测系统很好的解决了离线式色谱 仪的检测周期长、分析时间长等缺点.但是,目前所使用的在线式色 谱分析系统都是采用气相色谱技术原理,即将实验室仪器简单地进行 小型化改造,从目前使用中的在线式气相色谱分析系统的实测情况来 看,主要有如下几个缺点：1、检测精度不够,重复性差,不能满足实际工作需要；2、需要标气、载气等,后期维护量大,长期运行费用高；3、气相色谱技术管路复杂、组件多,仪器长期运行的稳定性和 可靠性不够.而光声光谱技术在线式油中溶解气体分析系统能有效的预防以 上缺乏,能为电网公司创造巨大的直接经济效益.二、工程研究的背景1、工程研究的背景电网

4、是经济社会开展的根底设施和重要的公用事业, 是现代化建 设的根本保证,关系国家能源平安和国计民生.建设坚强智能电网, 充分发挥电网在资源优化配置、 全面效劳国民经济开展中的作用, 对 我国经济社会全面、协调、可持续开展具有十分重要的现实意义.2021 年国家为扩大内需,提出了加快建设智能电网的要求, 各级电力公司 纷纷提出建设规划和实施纲要,大大加快了智能电网的建设步伐.智能电网从技术层分析,它是以 物理电网为根底,将现代先进的传感 测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和限制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网.而本系统是集成先进传感器技术、通讯技术、限制技术、计算机及数据处理技术的综合

5、系统,是建设智能电 网的根底.随着电力工业的迅速开展和技术进步,大容量、高压发供电用油 设备逐渐增多,电力设备中的变压器、互感器、汽轮机等维护及监督 的重要手段依然是电力用油的监督和分析. 电力用油技术监督已经成 为各发供电单位的一项重要技术监督工作,它对保证电力生产平安、 经济运行有重要作用.在众多高压电力设备事故原因追踪分析中, 绝 缘油的测量、分析较其他试验方法更灵敏、量化、准确.因此,对简单、快速、便捷而又准确的分析仪器或系统的需求越 来越迫切.检测充油电气设备特别是电力变压器内部早期故障,保证设备运行的平安可靠,实现将设备的定期维护方式转变为实时监测和 预防性检测或维修,有利于减少重

6、大电力事故的发生.2、国内外的研究情况光声效应最早是由A.G.贝尔于1880年发现.光声光谱的理论研 究在20世纪70年代前后已相当成熟和完善,但受当时半导体制造技 术的限制,一直到20实际70年代末期,随着微信号检测技术的开展, 高灵敏微音器和压电陶瓷传声器的问世以及强光源激光器等的出现,其特定领域的应用研究才得到的飞跃开展.近几年,在电力行业 绝缘油中溶解气体分析中也得以应用.国外已有局部厂家在电力行业 应用该技术检测油中溶解气体的分析,但是受到技术和研究人员的限 制,其产品并不能满足国内市场需要.色谱技术最早由"色谱学之父"俄国植物学家Tswett于1901年 开始研

7、究,两年后他发表了他的研究成果"一种新型吸附现象及其在 生化分析上的应用“,提出了应用吸附原理别离植物色素的新方法.1904年,他将这种方法命名为色谱法(Chromatography).白1952年 世界上第一次创立实用气液色谱法以来, 在短短几十年间,气相色谱 仪作为现代分析检测仪器的代表,已开展成为一个有相当生产规模的 产业,并形成了具有相当丰富的检测技术知识的学料.采用气相色谱技术对绝缘油中溶解气体进行分析和诊断的应用已经超过30年的历史.在线式分析系统,目前主要是气相色谱技术和化学分子膜技术.气相色谱法的原理决定了设备在现场需要有标气和载气等耗材,它需要定期维护或更换,色谱柱

8、由于使用寿命的限制需要定期更换；高压气瓶的运输和存储存在一定的危险,气相色谱技术的分析系统不仅增 加了使用本钱,而且对设备和人身平安都构成了威胁.对于化学分子膜技术,虽然其测量原理不需要附带标气载气,但是其传感器关键部件使用寿命短,正常的化学分子模式传感器使用寿命一般为 2年,并 且,传感器之间的测量干扰较大,测量时需要的气样也较多,其准确 性和效率低,不太适合普遍推广.而光声光谱技术的快速、准确、无 需耗材、能同时测量绝缘油中溶解的多种气体及微水含量等诸多优 点,为在线监测系统提供了一种崭新的测量技术和手段.光声光谱技术有其他检测技术不具有的优点.例如,不消耗被测 样品,不需要消耗性载气,不

9、需要标准样气,各部件使用寿命长,气路简单,容易限制,测量时间短,灵敏度高,制造本钱低等等.这些 优点被越来越多的专业人士接受并认同, 很多国外大公司对此已研究 多年,尤其是2021年通用电气公司收购英国一家光声光谱专业公司 后,将此技术整合到其智能电网产品业务组合.为该技术在全球范围内的推广和应有提供了良好的根底.3、研究的技术关键与难点.在光声光谱技术应用于油中溶解气体及微水分析的过程中,我们发现由于溶解气体的分子结构相差性不大, 各分子吸收的波段有很多 的重叠,这个对光源的稳定性有很高的要求,所以稳定的宽光源和合 适的计算方式是该技术的关键,难点在于如何做到低本钱制造,如何 提升脱气效率,

10、如何解决在不同使用条件下的电磁兼容及稳定性问题 等.三、工程申请单位具备的研究根底和条件1、工程负责人的情况介绍,专业、特长、工作量和在本工程中 的作用；工程负责人黎卫文于1995年参加工作,电气工程硕士,电气工 程高级工程师.在变电运行、检修、试验、继电保护等方面的治理及 技术应用有较为深入的研究.2006年2007年主持完成了 110kV变 电站高压设备状态检修与信息治理技术的综合应用的科技工程,2007年2021年主持完成了 35kV简易变电站远程监控实现的科技工程. 工程负责人具有较高的专业技术和治理水平,在本工程中起主导作用,总体规划并对最终成果把关2、工程申请单位在相关研究领域曾开

11、展的工作、曾取得的科研成果、曾获得的荣誉；甲单位供电局白2021年以来在500kV砚都站#2、#3主变、220kV 端州站#1主变、220kV四会站#1主变及高要八个110kV站安装了油 在线监测装置,积累了大量的根底数据,为该工程的研究提供了根底.2021年通过了 “ 110kV变电站高压设备状态检修与信息治理技 术综合应用科技工程的验收工作,并得到了省内专家的肯定.光声光谱技术的应用研究是广东威恒电力技术的主要 课题,也是该公司的开展方向.该公司现在与德国MUT司合作,共同研制出了光声光谱技术的绝缘油的油中溶解气体及微水分析仪及 系统.MU讼司使用光声光谱技术作为气体的微量分析早在20世纪

12、70年代就开始应用于血液的分析,于2003年已把光声光谱技术应用 于变压器油的溶解气体及微水分析,只是应用于便携式.目前,我们都是采用色谱在线监测系统或者是传感器方式的在线 监测系统,偶尔有误报警,且测量数据与实验室的分析结果往往有一 定的偏差.希望使用光声光谱技术的油在线分析系统会解决这些问 题,而且还可以减少一个油微水的在线监测系统, 该分析系统的硬件 设备体积小,从设计上看,一个进油口、一个出油口及主机局部,中 间的连接部件比较少,不需要气相色谱技术的标气和载气, 整个系统 简单而且方便,能减轻现场维护工作量.如果该技术得到广泛的推广和使用,那么在今后的工作当中,我们的人员可以减少,附属

13、设备可 以精简,这是一个人力物力都能得到极大优化的方案.光声光谱技术在绝缘油油中溶解气体及微水的在线监测系统的 应用,主要是用在变压器油的在线分析,随着生产本钱的降低,产品 性能的提升,将会逐步开展并应用到其他的充油设备上.2、研究根底及条件(1) 制造水平和设备威恒开发公司主要致力于向全球电力系统提供世界先进的测试 仪器和优秀的技术效劳,生产面积近 2000平方米,拥有生产组装车 间、产品测试车间、五金加工车间等.公司委托德国MUT Groups德国上市公司一定制光声光谱传感器 模块.该公司建筑面积2800平方米,主要从事光学传感器,实验室 白动化,航空,火灾探测等领域的研发和产品生产.光声

14、光谱模块年 生产水平超过1500套.公司拥有强大的生产和装配水平的同时, 拥有多款检测和实验设 备,安捷伦色谱仪,上下温恒温实验装置,振动实验台,USON司气密性检测设备,电磁干扰模拟发生装置等.公司视产品的品质为企业的生命,严格按 ISO9001 : 2000质 量治理体系对产品品质、生产治理、市场营销、售后效劳等全方位程 序限制,实施国际先进的ERP (制造资源方案)治理系统对产品质量实行全面治理.(2) 设计水平与条件公司拥有研发人员15人,其中德国研发工程师3人,有博士学 位1人,本科及本科以上学位人员12人.研发团队由光学、化学、 通讯、软件等多学科人员组成.在工程安装及施工方面有3

15、名通讯工 程和机械工程方面的经验丰富的作为设计和施工指导.光声光谱检测模块在德国制造,深圳工厂组装和调试.德国研发 人员有超过10年光谱研究经验,曾参与多项该领域的国际合作开发, 为奥林巴斯,欧洲空客等多家500强公司提供精密气体传感器或测试 仪器.公司在线式产品采用光声光谱原理,它是利用一束强度可调制的 单色光照射到密封于光声池中的样品上, 样品吸收光能,并立即以释 放热能的方式退激.释放的热能使样品和周围介质按光的调制频率产 生周期性加热,从而导致介质产生周期性压力波动, 这种压力波动可 用高灵敏的微音拾音器和压电陶瓷传声器检测, 并通过放大得到光声 信号.由于每种化合物都有其特有的红外光

16、谱(通常指吸收光谱),假设入射单色光波长可变,那么可检测到随波长变化的光声信号图谱从而 实现对被测物的结构鉴定与定性定量分析.(3) 关键制造工艺主要应用的制造工艺有精密微音器和精密光学玻璃加工、精密五 金加工、焊接连接等；(4) 质量限制公司视产品的品质为企业的生命,严格按 ISO9001 : 2000质 量治理体系对产品品质、生产治理、市场营销、售后效劳等全方位程 序限制,实施国际先进的ERP (制造资源方案)治理系统进行全面 质量治理.(5) 试验室电气测试仪器：示波器、2M通讯测试仪、精密万用表、电磁干 扰模拟发生器等；化学测试仪器：安捷伦色谱仪、LCMS-IT-TOF质谱仪、USOr

17、密 性测试仪、压力表、各种浓度校验瓶等试验仪器及设备；机械性能测试：振动测试台,上下温测试机、跌落试验机等.四、工程研究内容、技术路线与实施方案1、工程研究内容A、顶空动态平衡脱气与实验室振动脱气比较研究； 主要采用比照实验研究,定量分析.B 、光声光谱技术与实验室气相色谱仪及在线式油色谱的比较 研究；将采用比照实验,通过收集一定时间段内的所有测试数据, 对数据进行分析比较研究.C、在线式光声光谱技术油中溶解气体测试系统再设计与优 化；通过对实验数据的分析,查找偏差原因,对系统油路和气路系统再设计,减少因硬件原因的误差D、数据分析软件开发与数据远程传送；结合计算机技术和通讯技术,将传感器采集到

18、的信息采用有 线和无线的方式传送到限制终端,属于工程开发工程.2、工程研究的技术路线该工程的技术路线如以下图：同一被测对象在线式光声光谱分析实验室气相色谱仪在线式气相色谱仪) ZJ I SPS幽据库分析3、工程实施方案准备阶段：(1) 选择适宜的被测对象,安排适宜人员；(2) 制定相应的工作方案；(3) 安装、调试测试仪器；(4) 安装调试通讯硬件及软件系统；数据采集阶段：在线式测试仪器每天定时采集数据,时间间隔为2小时；实验室测试第一个10天每2天采集油样并实验室分析,以后6-8个月内,每周采集油样并实验室分析；数据分析阶段：对采集的数据进行整理分析,对于出现的问题及时分析原因,调整测试系统

19、.工程结题阶段对全部工作进行总结,对测试系统进行评估,撰写相应论文 等.对实际实施过程中的各种I可题,提出建设性意见,并制定相 应实施或工作手册.五、预期目标和成果形式1、预期目标(1) 光声光谱技术的可行性论证；(2) 光声光谱技术与气相色谱技术的测试数据比较；(3) 光声光谱技术的可靠性论证2、成果形式光声光谱技术与气相色谱技术的比照分析研究报告?顶空动态平衡法脱气效率研究报告?光声光谱技术油中气体分析实施意见及操作指导?数据库及系统软件,1套；在线式光声光谱油中溶解气体分析系统,1套六、依托工程单位落实情况结合甲单位供电局油色谱在线工程,完成和检验本课题的研究内 容和研究成果.七、工程的进度安排任务名称开始时间完成时间主要内容及交付项立项2021年1月2021年9月工程立项采购2021年9月2021年12月外协确实定,实验平台建设,设备的订购安装调试2021年1月2021年3月设备的安装和软件调试硬件调试2021年3月2021年4月在线式油中溶解气体监测系统硬件结构完成软件调试2021年3月2021年4月在线式油中溶解气体监测系统软件结构完成