采用光声光谱技术与气相色谱技术进行变压器油中溶解气体检测的分析比较

1、采用光声光谱技术与气相色谱技术进行变压器油中溶解气体检测的分析比较Analysis and Compare of Photo-Acoustic Spectroscopy Technology andGas Chromatography Technology in Checking dissolved Gas in Transformer Oil广东电网珠海供电局曾海Guangdong Power Grid Co1Zhuhai Power Supply BranchZen Hai摘要:本文总结了采用光声光谱技术及气相色谱技术在油中溶解气体分析(D G A领域的应用,并对两种技术加以比较。同时,文

2、中也给出了在美国、欧洲及中国各大电力公司对典型变压器内油样采用两种技术分别进行试验室及现场分析结果的相关性。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关键词:油中溶解气体分析(D G A光声光谱技术气相色谱技术K ey w ords:Dissolved gas analysis in oil(D G APhoto-acoustic s pectroscopy techn

4、ologyG as chromatography technology11前言采用溶解气体分析(DG A进行变压器状况分析的重要性已广为人知。传统的做法是采用气相色谱(G C技术分析油中溶解的七种主要的故障气体。而最近,英国凯尔曼(K elman公司则成功实现了将光声光谱(PAS技术应用于溶解气体分析,在此基础上研制成功了PDG A型便携式油中溶解气体及微水分析仪Portable Diss olved G as Analyzer 。本文即对两种方法在各自操作的技术细节、精度及重复性等方面进行对比并作总结。21光声效应光声效应是由气体分子吸收特定波长的电磁辐射(如红外光所产生。气体吸收辐射后导致

5、温度上升,此时如将气体置于密闭容器,温升相应导致气体压力增高。如采用脉冲光源照射密闭气体,利用灵敏的微音器即可探测到与脉冲光源频率相同的压力波。但若将光声效应用于实际检测,则须满足两个前提条件:首先需要确定每种气体特定的分子吸收光谱的特性,从而可对红外光源进行波长调制使其能够激发某一特定气体分子;其次则是确定气体吸收能量后退激产生的压力波强度与气体浓度间的比例关系。因此,通过选取适当的波长并结合检测压力波的强度,就不仅可验证某种气体是否存在,更可确定其浓度。甚至对某些混合物或化合物也可作出定性、定量分析。而这也正是应用光声光谱技术(PAS的理论基础。(上接20页表2电容测量值电容计算值电容出厂

6、值介损测量值介损出厂值C1417140PF16969PF16970PF0110201093 C4106530PF105465PF106068PF010401035215C12、C13的测量C12、C13可用正接法测量。31结论:1对用于变压器出口侧的500kV CV T不拆线预试是完全可行的。2对于线路侧CV T进行C11测试时,把中间PT尾头、对地均打开,以提高准确性。对于C14和C4采用自激法测试。3同样对与220kV CV T同样可以采取不拆线预试。12技术改进与创新211采用光声光谱技术进行油中溶解气体分析图1显示了实际光声光谱测量模块的基本原 理。图1光声光谱原理简图一个简单的灯丝光

7、源可提供包括红外谱带在内的宽带光辐射, 采用抛物面反射镜聚焦后进入光声光谱测量模块。以恒定速率(30Hz 转动的调制盘可产生频闪效应以便对光源进行频率调制。在入射至光声室之前,红外辐射需透过一系列滤光片。不同的滤光片仅允许透射与某种分子光谱波长一致的光辐射,以便激发某种化合物分子。将气态样品注入光声室后,记录由微音器检测到的入射光透射各滤光片后激发气体样品产生的压力波强度。相应的数值则代表样品中所含特征气体的浓度值。212光声光谱测量模块图2是英国Kelman 公司专门研制开发用于变压器现场及在线油中溶解气体分析的核心光声光谱测量模块的截面图。图2光声光谱测量模块该模块外形尺寸为160

8、5;150×140mm ,重量小于2kg 。并配有系统测量及控制所需的电子处理系统。将该测量模块与专门设计的油样采集及气体萃取等系统相结合后就构成了PD G A 型便携式、全自动油中溶解气体检测系统。图3给出了系统示意图,并对该仪器的各主要部件加以说明。图3PDG A 型便携式油中溶解气体及微水检测系统的工作原理图仪器油样采集的方法与常规油样采集方法相同,而后将注射器内油样直接注入仪器顶空分析器的样品瓶。随后对油样进行电磁搅动使其中的溶解气体不断蒸发,同时使顶空内的气体在气路内循环。一旦气液相浓度达到平衡状态,仪器内的PAS 光声光谱测量模块立即对顶空内的气样进行分析,并将最终得到的

9、各气体浓度结果一同显示出来。31气相色谱技术图4典型的气相色谱检测系统工作原理图气相色谱技术的基本原理是使样品蒸发后注入色谱柱内进行分析。气样由惰性载气携带缓缓通过色谱柱后到达检测器,其间需控制色谱柱的温度以便当气样通过色谱柱时由于其中各类化合物析出时间不同而达到对其分离的目的。随后,将由检测器得到的各化合物析出图谱的时间、面积等参量与该化合物已知浓度图谱对照后得到其浓度值。22采用光声光谱技术与气相色谱技术进行变压器油中溶解气体检测的分析比较有时需要采用多个色谱柱及/或检测器以便对样品进行精确分析。在油中溶解气体分析过程中,在将气样注入色谱柱之前,首先通过真空或顶空脱气法获得气样。ASTM及

10、IEC标准中均已详细描述了几种气样的制备及分析方法。41实验室研究美国南方某一大型电力公司同意采用PD G A 型便携式油色谱分析仪进行Beta测试,并将测试结果与其通常进行油色谱测试的试验室结果进行比较。所采用的方法是首先制备大量相同油样,在其中溶入已知浓度的混合故障气体。随后,将油样分别采用三种气相色谱仪及两套PD G A型仪器(原型机及样机进行分析。所有检测过程均由该电力公司的专业技术人员在2003年下半年约2个月的时间内完成。下面的结果给出了所有气相色谱仪与PD G A 检测结果的对比情况。为清楚起见,每种气体均分别显示。但每份油样中所含气体均已检测。实验目的在于比较气相色谱仪与PD

11、G A结果间的变化幅度及数据离散性。其中各条曲线代表以下数据。曲线1基于人工油样制备过程而得出的理论气体浓度;曲线2按时间顺序得到的各气相色谱仪数据;曲线3气相色谱仪读数平均值;曲线4PD G A原型机(仪器1读数;曲线5PD G A样机(仪器2读数;从两台PD G A仪器的结果上可以看出最初的原型机及样机间的改进和提高。411甲烷CH4本例中,两台PD G A型仪器的结果均介于气相色谱仪读数分布之内。有趣的是PD G A仪器2的测量偏差约小于气相色谱仪的1/2 。41 2乙炔C2H2本例中,制备油样中的乙炔含量极低,显然会造成测量上的困难。但两台PD G A型仪器的结果均介于气相色谱仪读数分布之内。51结论上述实验室以及在美国、欧洲进行的现场测试明确地显示了PD G A中所采用的光声光谱技术及改进的顶空气体萃取技术完全可与目前实验室中广泛运用的气相色谱技术相媲美。大多数情况下,PD G A得出结果的分散性大大小于某些气相色谱分析结果。尤其是当考虑到仪器型号、技术人员以及实验室间差别等因素后,两种技术间的差别的确相当微小。总而言之,两类技术可对各类变压器、有载分接开关内油样直接给出具有可比性的D G A结果。并且两类技术结果间的微小差异通常可归因于试验误差。参考文献:1McIl