1.  簡介

目前廣泛采用的油浸式變壓器，當內部發生熱故障、放電性故障或者油、紙老化時，會

產生多種氣體，主要有氫、烴類氣體(甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、丙烯等)，一氧化碳、

二氧化碳等。隨著故障的發展，分解出的這些氣體形成的氣泡在油里經過對流、擴散，不斷

溶解于油中。由于故障氣體的組成和含量與故障的類型和故障的嚴重性有密切關系，不同類

型的氣體及其濃度可以反映不同類型的故障，所以分析溶解于變壓器油中的氣體就能及早發

現變壓器內部存在的潛伏性故障，并隨時掌握故障的發展情況。準確地了解充油電氣設備的

運行狀態對所有電力部門來說均至關重要，油中溶解氣體分析（DGA ）是業內公認預防充

油電氣設備早期故障最為有效的方法之一，有助于變壓器維護并避免突發性故障的發生。

本公司研發的激光光聲光譜變壓器油中氣體在線監測系統，采用了基于 DFB 超窄線寬

激光器的光聲光譜檢測技術，可同時檢測油氣中微量的氫氣(H2)、甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、

乙烯(C2H4)、乙炔(C2H2)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)和微水(H2O)，具有避免測量時

混合氣體交叉干擾、可在線式、測量快速準確等優點，是一款比較方便實用的電氣設備故障

評估產品。

1.1. 氣體光聲光譜原理

光聲光譜技術是基于光聲效應的一種光譜檢測技術，光聲效應是由氣體分子吸收特定波長的電磁輻射（如紅外光）所產生。氣體吸收輻射后導致溫度上升，此時如將氣體置于密閉容器，溫升相應導致氣體壓力增高；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。將光聲效應用于實際檢測，則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制使其能夠激發某一特定氣體分子；其次則是確

定氣體吸收能量后受激產生的壓力波強度與氣體濃度間的比例關系。因此，通過選取適當的

波長并結合檢測壓力波的強度，不僅可驗證某種氣體是否存在，更可確定其濃度。甚至對某

些混合物或化合物也可做出定性、定量分析，而這也正是應用光聲光譜 (PAS) 技術的優點。

1.2. 儀器原理簡介

激光光聲光譜變壓器油中氣體在線監測系統利用氣體光聲光譜檢測技術，根據需要測量

氣體不同，采取相應吸收光譜的光源，并進行調制，調制后的光信號射入光聲池激發氣體分

子，受激的氣體分子通過輻射或非輻射方式退激并回到基態；對于非輻射的馳豫過程，密封

光聲池內氣體的吸收能最終轉化為分子動能，引起氣體局部壓力變化，從而在光聲池中產生

周期性機械壓力波動。在光聲池內安置微音器就可以探測到該微小的壓力波動。相應數值則

對應樣品中所含特征氣體的濃度。

激光光聲光譜變壓器油中氣體在線監測系統光聲池內所有部件均為專門設計的高精度

光學元件，具有不易磨損及抗老化的優點。因而，也消除了傳統色譜儀中不可避免的儀器校

準及標定等方面的問題。

2.  系統概述

2.1. 檢測系統

如圖為激光光聲光譜變壓器油中氣體在線監測系統的模塊示意圖。變壓器的油樣經油泵

送入脫氣模塊，脫氣得到的油氣被送入光聲光譜模塊（光聲池），經光聲光譜模塊處理后將

得到的電信號經過數字鎖相放大處理，并結合恒溫控制模塊的信號，對數據進行修正，修正

后的數據存放于數據存儲模塊。當主機通信時，將數據傳送給主機。

激光光聲光譜變壓器油中氣體在線監測系統優點有：

1)  系統運行過程無需載氣或標氣，不需要運行維護，降低使用成本；

2)  采用激光光聲光譜技術測量氣體含量，因此沒有傳統的色譜柱以及色譜柱老化、污染、

飽和等缺點，激光光源的窄帶線寬，避免了故障氣體測量時的交叉干擾；

3)  改良的雙向納米陶瓷透氣膜管，解決了傳統的過濾堵塞難題，使用壽命超過 30 年；

4)  測量速度快，重復性能好，系統有相當高的測量一致性，一臺設備最多可以監測三個變

壓器油箱，變壓器閥門與設備之間管道長度最大 10 米，通過轉換開關分時切換；

5)  系統在設計過程中充分考慮變壓器現場的惡劣工作環境，采用光纖型光學組件，整個光路基本光纖化，同時使用電調制方式，因此系統具有較好的抗振性、較高的可靠性和較

高的防護等級。系統內部具有恒溫功能，其受環境溫度影響小，在-40℃ ~ +55℃都能正

常的工作。

6)  先進的遠程集中管理套件可將多個監測裝置的運行狀態及測量數據集中匯總監控， 提

供了完善的圖形化趨勢分析及診斷結果, 同時可通過集中管理平臺遠程控制各設備的

運行，并根據閾值提供聲光報警。

2.2. 技術指標

2.2.1.  運行指標

電 源： 220V，2kW

重 量： <300kg

外形尺寸： 850(W) x 750(D) x 1600(H)mm

溫 度： 環境溫度：-40℃ ~ +55℃ (-10℃ ~ +55℃ 啟動時)

設備油管油溫: +10℃ ~ +100℃

濕 度： 10 ~ 100%RH

抗地震烈度： 8 度

抗振動： 5~17HZ，0.1``雙峰位移；17-640HZ，1.5G 峰-峰加速度

抗沖擊： 15G 峰-峰加速度(11ms 連續)

抗風速： 0~60m/s

覆冰厚度： >10mm

防護等級： IP56

2.2.2.  檢測指標

故障氣體種類  最低檢測極限 uL/L  最高檢測限值 uL/L  測量誤差

氫氣（H2）  2  2000

最低測量值

或±30%，測

量誤差取兩

者最大值

二氧化碳（CO2）  20  15000

一氧化碳（CO）  20  5000

甲烷（CH4）  0.5  1000

乙烷（C2H6）  0.5  1000

乙烯（C2H4）  0.5  1000

乙炔（C2H2）  0.2  1000

微水（H2O）  5  5000

3.  安裝

3.1. 安裝前準備

激光光聲光譜變壓器油中氣體在線監測系統，在設備進入安裝現場前 1 個月內，供應

商將安排專業技術人員對安裝現場進行實地勘察、測量，協同用戶做好以下工作：

3.1.1.  現場勘查

1) 確定激光光聲光譜變壓器油中氣體在線監測系統取油口與回油口并測量油口法蘭

尺寸；

2) 確定現場數據采集器安裝位置；

3) 確定油循環管、通訊線路走向并測量距離；

4) 確定現場數據采集器取電位置及取電距離；

5) 確定后臺控制機安裝位置；

6) 供應商按上述內容為用戶提供專用安裝文件及安裝圖紙。

3.1.2.  前期基礎及配件制作

1) 由用戶按安裝文件及圖紙要求澆注混泥土安裝基座?；鶊D紙詳見附錄二

2) 用戶預埋好可靠接地扁鐵；

3) 供應商根據現場安裝法蘭尺寸及密封狀況購買或加工密封墊；

4) 供應商根據現場確定的進出油的位置與設備安裝位置準備足夠的油管。

3.2. 材料與工具

M8 膨脹螺栓 4pcs

專用密封墊 2 片

專用法蘭盤 2 件

不銹鋼絲編織包覆特氟龍管 30 米

密封帽 2pcs

30 鍍鋅水管及機頭 若干

油盆吸油紙 若干

電工膠帶 一卷

數字電壓表 一臺

32 活動扳手 兩把

10-12 叉子扳手 兩把

12-14 叉子扳手 兩把

沖擊鉆 一臺

電焊機及相關配件耗材 一套

尖嘴鉗、斜口鉗、老虎鉗 各一把

十字螺絲刀、一字螺絲刀 各一把

剪刀、美工刀 各一把

3.3. 現場安裝

激光光聲光譜變壓器油中氣體在線監測系統現場安裝工作，在用戶的監護協助下，按下

述兩步驟進行：

3.3.1.  現場協作與設備就位；

1）、根據混泥土基座圖紙對基座打孔安裝膨脹螺栓,圖紙詳見附錄二；

2）、將激光光聲光譜變壓器油中氣體在線監測系統通過膨脹螺栓安裝固定在混泥土基座

上；

3）、將接地扁鐵牢靠地焊接在設備底部的鐵板上；

2）、根據進、回油管路線清理油池內鵝卵石；

3）、鋪設進、回油管管路，并套好保護用的鍍鋅水管；

4）、將保護管連接固定牢靠并安全接地后回填鵝卵石；

5）、取電口到設備供電電纜線的鋪設。

以上操作均應在用戶土建、設備管理專業技術人員的監護與協助下完成。

3.3.2.  油路連接

1）、關閉好變壓器本體用于激光光聲光譜變壓器油中氣體在線監測系統用的進、出油處

的蝶閥；

2）、準備好油盆、吸油紙后打開變壓器本體用于本設備進、出油管道前端的法蘭；

3）、清理擦拭干凈變壓器本體上用于本設備進、出油管道后加上專用密封墊后換上專用

的法蘭盤并在法蘭盤出油口裝上密封帽；

4）、打開壓器本體上用于本設備進、出油管道上的蝶閥，然后擰松管道上端的排氣螺栓，

待排氣處有油流出并且沒有氣泡時擰緊排氣螺栓；

5）、關閉變壓器上的油閥取下法蘭盤上的密封帽，將鋪設好的油管連接到法蘭盤上。微

微打開變壓器上進油管的蝶閥，待鋪設管道另一端出油并沒有氣泡后將其與激光光聲光

譜變壓器油中氣體在線監測系統的出油口連接。微微打開變壓器上出油管的蝶閥，待鋪

設管道另一端出油并沒有氣泡后將其與激光光聲光譜變壓器油中氣體在線監測系統的

進油口連接；

6）、檢查各接頭處是否安全可靠是否漏油，若有漏油則立即解決。

3.3.3.  通電檢查

1）、將鋪設好的電纜線分別連到本設備與取電口；

2）、檢查安全后將本設備通電運行；

3）、檢查油路、氣路、電路電器是否正常。

以上操作均應在用戶電氣專業技術人員、網控技術人員的監護下，由供應商安裝人員獨

立完成。以上工作內容均可在變壓器運行狀態（可帶電作業）進行，不影響變壓器的正常工

作。

4.  儀器操作

4.1. 開關儀器

激光光聲光譜變壓器油中氣體在線監測系統開機會進行系統自檢，這個過程需要 1~3

分鐘，自檢項目包括油泵、氣泵、環境溫濕度、溫控系統、通信等一系列模塊參數，自檢完

成后系統進入運轉狀態。

4.2. 數據查看

詳見《PASL-3000 激光光聲光譜變壓器油中氣體在線監測系統軟件使用說明書》。

5.  日常維護

激光光聲光譜變壓器油中氣體在線監測系統操作簡單，不需要載氣，并且每次測量完成

廢氣會自動清洗，不需要特定人員進行操作，油路同樣采用循環模式，不需要專門清除油樣。

氣路循環配有進氣、回氣管路特氟隆濾片，并采用螺旋接口接入管路以便定期或當管路

內混入油液時快速更換。