充油式電力變壓器在運行過程中內(nèi)部發(fā)生熱故障、放電性故障或者油、紙老化時，絕緣油將裂解產(chǎn)生氫氣（ H2 ）、甲烷（ CH4 ）、乙烷（ C2H6 ）、乙烯（ C2H4）、乙炔（ C2H2 ）、一氧化碳（ CO ）、二氧化碳（ CO2 ）等故障氣體，故障氣體的含量與故障類型和嚴(yán)重程度密切相關(guān)。 通過對變壓器絕緣油中微弱故障氣體含量在線監(jiān)測，分析溶解于變壓器油中氣體，可及早發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部早期潛伏性故障，掌握故障發(fā)展態(tài)勢。
當(dāng)前，變壓器油氣在線監(jiān)測已提出多種方法，如油色譜技術(shù)、紅外寬譜光源光聲光譜氣體檢測技術(shù)。 長期使用中，這些方法存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、消耗載氣、色譜柱受油污后精度下降以及測量氣體之間交叉干擾等弊端。 武漢豪邁光電科技有限公司從多個角度對油氣監(jiān)測技術(shù)缺陷進行改善，開創(chuàng)性地將半導(dǎo)體激光器技術(shù)與光聲光譜技術(shù)相結(jié)合，推出PASL-3000 激光光聲光譜變壓器油中氣體在線監(jiān)測系統(tǒng)，進一步提高了主變初期缺陷發(fā)現(xiàn)率，降低了故障發(fā)生率和運維成本。
光聲光譜技術(shù)是基于光聲效應(yīng)的一種光譜檢測技術(shù)，光聲效應(yīng)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(dǎo)致溫度上升，此時如將氣體置于密閉容器，溫升相應(yīng)導(dǎo)致氣體壓力增高。 如采用脈沖光照射密閉氣體，利用靈敏的微音 器即可探測到與脈沖光頻率相同的壓力波動。
將光聲效應(yīng)用于實際檢測首先需要確定每種氣體特定的分子吸收光譜，從而可對紅外光源進行波長調(diào)制使其能夠激發(fā)某一特定氣體分子，其次要確定氣體吸收能量后受激產(chǎn)生的壓力波強度與氣體濃度間的比例關(guān)系。 因此，通過選取待檢測氣體的紅外吸收波長的光信號激發(fā)氣體并檢測壓力波的強度，可驗證某種氣體是否存在并確定其濃度，甚至對某些混合物或化合物也可做出定性、定量分析。
△ 激光光聲光譜油氣檢測系統(tǒng)流程示意圖
傳 統(tǒng)紅外寬譜光源在使用中需要采用濾光盤過濾成幾十納米到幾百納米的單色光，調(diào)制盤（斬光器）將連續(xù)光信號調(diào)成脈沖信號，該過程存在以下問題：
△ 寬譜光源濾光片結(jié)構(gòu)示意圖
1）采用寬譜光源進行測試時，不同組分氣體間由于頻率接近，容易產(chǎn)生干擾。
△ 常見的組分氣體紅外吸收頻譜
2） 濾光盤與脈沖調(diào)制采用機械結(jié)構(gòu)存在磨損，長時間使用將產(chǎn)生誤差。
激光光聲光譜技術(shù)在傳統(tǒng)紅外寬譜光源光聲光譜技術(shù)基礎(chǔ)上進行升級，利用激光光源代替紅外寬譜光源，對光聲池進行優(yōu)化設(shè)計，系統(tǒng)設(shè)計示意圖如下：
△ 激光光聲光譜油氣檢測系統(tǒng)原理圖
激光光聲光譜技術(shù)采用單色激光光源替代傳統(tǒng)紅外寬譜光源和濾光片，避免故障氣體檢測時交叉干擾，電調(diào)制代替了機械調(diào)制盤，避免了機械結(jié)構(gòu)磨損，同時激光光聲光譜油中氣體在線檢測系統(tǒng)采用恒溫真空脫氣技術(shù)，對脫氣機構(gòu)抽真空，脫氣效率高，重復(fù)性好，脫氣過程中變壓器油不與空氣接觸，油樣零污染、零損耗，進而保證變壓器的安全與油氣檢測的重復(fù)性、準(zhǔn)確度。
無需載氣、不停電安裝： 通過取油口直接取樣，監(jiān)測完成后返回油箱，運行不需要人員操作，運行過程中無需載氣或者重新標(biāo)定，安裝過程無需停電。
窄帶寬精準(zhǔn)測試，避免干擾： 單色激光光源，無需濾光，取代傳統(tǒng)紅外光源光聲光 譜系統(tǒng)的濾光片，檢測混合故障氣體時可精準(zhǔn)避開交叉干擾，測量精度高。
電子調(diào)制激光避免機械結(jié)構(gòu)故障： 通過電信號驅(qū)動激光器產(chǎn)生脈沖光信號，取代傳統(tǒng)紅外光源光聲光譜系統(tǒng)的調(diào)制盤，減少了機械震動與損耗，降低故障隱患。
恒溫真空脫氣避免交叉污染： 脫氣效率高，重復(fù)性好，脫氣油樣不與空氣接觸，油樣零污染、零損耗，保證變壓器回油安全。
專家診斷系統(tǒng)： 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)提供大衛(wèi)三角形法、三比值法專家診斷系統(tǒng)，基于DLT-722變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則，根據(jù)故障氣體濃度、趨勢、氣體比率和氣體變化率等對變壓器的故障性質(zhì)及類型做出預(yù)判。
國家電網(wǎng)湖北省某供電公司要求對新建變電站油中氣體檢測技術(shù)升級，在監(jiān)測變壓器油中氣體的同時，對真空有載開關(guān)內(nèi)絕緣油中氣體的組分含量進行監(jiān)測。 使用同一套測試系統(tǒng)同時檢測兩組不同的油樣，必須使用兩組真空脫氣模塊，從物理上隔離油樣相互污染。 經(jīng)雙方溝通探討，我公司在原有單組采樣系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，新增一套完全隔離的油樣采樣與脫氣回路，實現(xiàn)兩組油樣脫氣單元的獨立并行，投運至今系統(tǒng)運行穩(wěn)定正常。
目前，PASL-3000 激光光聲光譜變壓器油中氣體在線監(jiān)測系統(tǒng)已通過中國電力科學(xué)研究院檢測，在全國各大變電站現(xiàn)場應(yīng)用中，運行穩(wěn)定，可靠性高，獲得顯著成果，得到用戶廣泛好評與認(rèn)可，為電力系統(tǒng)安穩(wěn)運行提供了強有力保障。
