多組分變壓器油溶解氣體的傅里葉變換紅外光聲光譜定量檢測

劉麗嫻，宦惠庭，Mandelis Andreas，邵曉鵬

1. 西安電子科技大學物理與光電工程學院，陜西 西安 710071 2. Center for Advanced Diffusion-Wave and Photoacosutic Technologies (CADIPT), Department of Mechanical and Industrial Engineering, University of Toronto, Toronto M5S 3G8, Canada 3. 光電集團河南平原光電有限公司，河南 焦作 454100

引 言

電網中大型充油變壓器是輸電系統的樞紐設備，其運行狀態直接決定整個電網的安全性和可靠性。變壓器油紙絕緣系統在電、熱和機械等因素作用下會發生分解并產生C2H2，CH4，C2H4，C2H6，CO2，CO和H2等變壓器油中溶解氣。大量實例表明，其溶解氣體的種類和含量是表征變壓器早期潛伏性故障的重要特征，可用于評估變壓器運行狀態和預測其工作壽命。如CO2是變壓器中油和絕緣紙熱解時產生的主要氣體，C2H2可表征變壓器油紙中火花放電、電弧放電故障[1]。

現常用油中溶解氣體分析技術主要分為離線式和在線式檢測兩種形式。最為常見的離線式檢測方式為氣相色譜法。該方法雖然具有選擇性強、檢測精度高和準確性好等優點，但由于需要現場采樣、實驗室氣體分離等復雜過程，檢測周期長且色譜柱易受到污染[2]。光聲光譜技術作為光譜式在線式檢測式的重要代表[3-6]，具有目標選擇性[7-8]、反應時間短[9]、對樣品無破壞[10-11]等優點，可在不易接近的危險區域或難以到達的不利地形實現非接觸式實時在線檢測，受到了普遍關注。

變壓器油中溶解氣體除H2外，其他氣體在中紅外波段均有明顯的吸收特性。因此基于傅里葉變換紅外光譜儀，結合高精度T型光聲池[6, 12]，構建傅里葉變換紅外光聲光譜氣體檢測系統(Fourier transform infrared photoacoustic spectroscopy，FTIR-PAS)，以CO2和C2H2作為氣體樣品，開展多種油中溶解氣體定量檢測研究。……