基于膜分離與光聲光譜的絕緣油中溶解氣體在線(xiàn)分析技術(shù).pdf

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

2、oscopy）氣體定量分析方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(xiàn)監(jiān)測(cè)與狀態(tài)檢修的要求，對(duì)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(xiàn)分析技術(shù)中存在的一些問(wèn)題進(jìn)行了研究。
　　通過(guò)分析膜對(duì)故障氣體的油氣分離過(guò)程，對(duì)影響油氣分離過(guò)程及結(jié)果的因素進(jìn)行研究。針對(duì)原有油中溶解氣體體積分?jǐn)?shù)計(jì)算方法的缺陷，提出了一種計(jì)算油中溶解氣體體積分?jǐn)?shù)的新算法——?jiǎng)討B(tài)算法。該算法利用等時(shí)間間隔點(diǎn)上氣室中氣體體積分?jǐn)?shù)，

3、在油氣分離過(guò)程未達(dá)到平衡時(shí)，計(jì)算絕緣油中溶解氣體體積分?jǐn)?shù)；同時(shí)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(duì)動(dòng)態(tài)算法計(jì)算油中溶解氣體體積分?jǐn)?shù)結(jié)果的影響。
　　在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行油氣分離膜性能的比較實(shí)驗(yàn)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(xiàn)分析系統(tǒng)。以實(shí)驗(yàn)室離線(xiàn)氣相色譜的測(cè)量結(jié)果為基準(zhǔn)值，采用動(dòng)態(tài)算法并進(jìn)行溫度修正后得到絕緣油中溶解H2與CO氣體體積分?jǐn)?shù)，與未采用動(dòng)態(tài)算法相比氣體體積分?jǐn)?shù)結(jié)果的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性得到

4、提高，驗(yàn)證了基于膜分離的動(dòng)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(duì)油中溶解氣體在線(xiàn)分析結(jié)果提出了準(zhǔn)確性、重復(fù)性及再現(xiàn)性的要求。給出油中溶解氣體在線(xiàn)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?jǐn)?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?jǐn)?shù)在線(xiàn)分析結(jié)果計(jì)算下一次采樣時(shí)間間隔的方法，并給出了計(jì)算實(shí)例。
　　在研究氣體分子振轉(zhuǎn)能級(jí)及躍遷條件的基礎(chǔ)上，對(duì)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(xiàn)的特點(diǎn)進(jìn)行分析。分析了光聲光譜氣體定量分析理論及光聲信號(hào)的激發(fā)過(guò)程，深入研究了非共振與共振光聲信號(hào)的差異，分析光聲池壁對(duì)光聲信號(hào)的反射與透射，推導(dǎo)傳聲器輸出與光聲池中聲壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系，為非共振光聲池的設(shè)計(jì)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(dǎo)吸收譜線(xiàn)存在交叉干擾的情況下，光聲信號(hào)幅值與故障氣體中各組分體積分?jǐn)?shù)之間的對(duì)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(xiàn)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。通過(guò)分析光源調(diào)制頻率對(duì)光聲信號(hào)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(hào)輸出的幅值。分析實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的噪聲來(lái)源，設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)CO、CO2、C2H2、C2H4、C2H6及CH4氣體進(jìn)行了定量分析，計(jì)算得到系統(tǒng)對(duì)于單一氣體測(cè)量的極限靈敏度，同時(shí)對(duì)測(cè)量結(jié)