1.  简介

目前广泛采用的油浸式变压器，当内部发生热故障、放电性故障或者油、纸老化时，会

产生多种气体，主要有氢、烃类气体(甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、丙烯等)，一氧化碳、

二氧化碳等。随着故障的发展，分解出的这些气体形成的气泡在油里经过对流、扩散，不断

溶解于油中。由于故障气体的组成和含量与故障的类型和故障的严重性有密切关系，不同类

型的气体及其浓度可以反映不同类型的故障，所以分析溶解于变压器油中的气体就能及早发

现变压器内部存在的潜伏性故障，并随时掌握故障的发展情况。准确地了解充油电气设备的

运行状态对所有电力部门来说均至关重要，油中溶解气体分析（DGA ）是业内公认预防充

油电气设备早期故障最为有效的方法之一，有助于变压器维护并避免突发性故障的发生。

本公司研发的激光光声光谱变压器油中气体在线监测系统，采用了基于 DFB 超窄线宽

激光器的光声光谱检测技术，可同时检测油气中微量的氢气(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)，具有避免测量时

混合气体交叉干扰、可在线式、测量快速准确等优点，是一款比较方便实用的电气设备故障

评估产品。

1.1. 气体光声光谱原理

光声光谱技术是基于光声效应的一种光谱检测技术，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；如采用脉冲光照射密闭气体，利用灵敏的微音器即可探测到与脉冲光频率相同的压力波动。将光声效应用于实际检测，则首先需要确定每种气体特定的分

子吸收光谱，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

定气体吸收能量后受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，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做出定性、定量分析，而这也正是应用光声光谱 (PAS) 技术的优点。

1.2. 仪器原理简介

激光光声光谱变压器油中气体在线监测系统利用气体光声光谱检测技术，根据需要测量

气体不同，采取相应吸收光谱的光源，并进行调制，调制后的光信号射入光声池激发气体分

子，受激的气体分子通过辐射或非辐射方式退激并回到基态；对于非辐射的驰豫过程，密封

光声池内气体的吸收能最终转化为分子动能，引起气体局部压力变化，从而在光声池中产生

周期性机械压力波动。在光声池内安置微音器就可以探测到该微小的压力波动。相应数值则

对应样品中所含特征气体的浓度。

激光光声光谱变压器油中气体在线监测系统光声池内所有部件均为专门设计的高精度

光学元件，具有不易磨损及抗老化的优点。因而，也消除了传统色谱仪中不可避免的仪器校

准及标定等方面的问题。

2.  系统概述

2.1. 检测系统

如图为激光光声光谱变压器油中气体在线监测系统的模块示意图。变压器的油样经油泵

送入脱气模块，脱气得到的油气被送入光声光谱模块（光声池），经光声光谱模块处理后将

得到的电信号经过数字锁相放大处理，并结合恒温控制模块的信号，对数据进行修正，修正

后的数据存放于数据存储模块。当主机通信时，将数据传送给主机。

激光光声光谱变压器油中气体在线监测系统优点有：

1)  系统运行过程无需载气或标气，不需要运行维护，降低使用成本；

2)  采用激光光声光谱技术测量气体含量，因此没有传统的色谱柱以及色谱柱老化、污染、

饱和等缺点，激光光源的窄带线宽，避免了故障气体测量时的交叉干扰；

3)  改良的双向纳米陶瓷透气膜管，解决了传统的过滤堵塞难题，使用寿命超过 30 年；

4)  测量速度快，重复性能好，系统有相当高的测量一致性，一台设备最多可以监测三个变

压器油箱，变压器阀门与设备之间管道长度最大 10 米，通过转换开关分时切换；

5)  系统在设计过程中充分考虑变压器现场的恶劣工作环境，采用光纤型光学组件，整个光路基本光纤化，同时使用电调制方式，因此系统具有较好的抗振性、较高的可靠性和较

高的防护等级。系统内部具有恒温功能，其受环境温度影响小，在-40℃ ~ +55℃都能正

常的工作。

6)  先进的远程集中管理套件可将多个监测装置的运行状态及测量数据集中汇总监控， 提

供了完善的图形化趋势分析及诊断结果, 同时可通过集中管理平台远程控制各设备的

运行，并根据阈值提供声光报警。

2.2. 技术指标

2.2.1.  运行指标

电 源： 220V，2kW

重 量： <300kg

外形尺寸： 850(W) x 750(D) x 1600(H)mm

温 度： 环境温度：-40℃ ~ +55℃ (-10℃ ~ +55℃ 启动时)

设备油管油温: +10℃ ~ +100℃

湿 度： 10 ~ 100%RH

抗地震烈度： 8 度

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

抗冲击： 15G 峰-峰加速度(11ms 连续)

抗风速： 0~60m/s

覆冰厚度： >10mm

防护等级： IP56

2.2.2.  检测指标

故障气体种类  最低检测极限 uL/L  最高检测限值 uL/L  测量误差

氢气（H2）  2  2000

最低测量值

或±30%，测

量误差取两

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.  安装

3.1. 安装前准备

激光光声光谱变压器油中气体在线监测系统，在设备进入安装现场前 1 个月内，供应

商将安排专业技术人员对安装现场进行实地勘察、测量，协同用户做好以下工作：

3.1.1.  现场勘查

1) 确定激光光声光谱变压器油中气体在线监测系统取油口与回油口并测量油口法兰

尺寸；

2) 确定现场数据采集器安装位置；

3) 确定油循环管、通讯线路走向并测量距离；

4) 确定现场数据采集器取电位置及取电距离；

5) 确定后台控制机安装位置；

6) 供应商按上述内容为用户提供专用安装文件及安装图纸。

3.1.2.  前期基础及配件制作

1) 由用户按安装文件及图纸要求浇注混泥土安装基座。基座图纸详见附录二

2) 用户预埋好可靠接地扁铁；

3) 供应商根据现场安装法兰尺寸及密封状况购买或加工密封垫；

4) 供应商根据现场确定的进出油的位置与设备安装位置准备足够的油管。

3.2. 材料与工具

M8 膨胀螺栓 4pcs

专用密封垫 2 片

专用法兰盘 2 件

不锈钢丝编织包覆特氟龙管 30 米

密封帽 2pcs

30 镀锌水管及机头 若干

油盆吸油纸 若干

电工胶带 一卷

数字电压表 一台

32 活动扳手 两把

10-12 叉子扳手 两把

12-14 叉子扳手 两把

冲击钻 一台

电焊机及相关配件耗材 一套

尖嘴钳、斜口钳、老虎钳 各一把

十字螺丝刀、一字螺丝刀 各一把

剪刀、美工刀 各一把

3.3. 现场安装

激光光声光谱变压器油中气体在线监测系统现场安装工作，在用户的监护协助下，按下

述两步骤进行：

3.3.1.  现场协作与设备就位；

1）、根据混泥土基座图纸对基座打孔安装膨胀螺栓,图纸详见附录二；

2）、将激光光声光谱变压器油中气体在线监测系统通过膨胀螺栓安装固定在混泥土基座

上；

3）、将接地扁铁牢靠地焊接在设备底部的铁板上；

2）、根据进、回油管路线清理油池内鹅卵石；

3）、铺设进、回油管管路，并套好保护用的镀锌水管；

4）、将保护管连接固定牢靠并安全接地后回填鹅卵石；

5）、取电口到设备供电电缆线的铺设。

以上操作均应在用户土建、设备管理专业技术人员的监护与协助下完成。

3.3.2.  油路连接

1）、关闭好变压器本体用于激光光声光谱变压器油中气体在线监测系统用的进、出油处

的蝶阀；

2）、准备好油盆、吸油纸后打开变压器本体用于本设备进、出油管道前端的法兰；

3）、清理擦拭干净变压器本体上用于本设备进、出油管道后加上专用密封垫后换上专用

的法兰盘并在法兰盘出油口装上密封帽；

4）、打开压器本体上用于本设备进、出油管道上的蝶阀，然后拧松管道上端的排气螺栓，

待排气处有油流出并且没有气泡时拧紧排气螺栓；

5）、关闭变压器上的油阀取下法兰盘上的密封帽，将铺设好的油管连接到法兰盘上。微

微打开变压器上进油管的蝶阀，待铺设管道另一端出油并没有气泡后将其与激光光声光

谱变压器油中气体在线监测系统的出油口连接。微微打开变压器上出油管的蝶阀，待铺

设管道另一端出油并没有气泡后将其与激光光声光谱变压器油中气体在线监测系统的

进油口连接；

6）、检查各接头处是否安全可靠是否漏油，若有漏油则立即解决。

3.3.3.  通电检查

1）、将铺设好的电缆线分别连到本设备与取电口；

2）、检查安全后将本设备通电运行；

3）、检查油路、气路、电路电器是否正常。

以上操作均应在用户电气专业技术人员、网控技术人员的监护下，由供应商安装人员独

立完成。以上工作内容均可在变压器运行状态（可带电作业）进行，不影响变压器的正常工

作。

4.  仪器操作

4.1. 开关仪器

激光光声光谱变压器油中气体在线监测系统开机会进行系统自检，这个过程需要 1~3

分钟，自检项目包括油泵、气泵、环境温湿度、温控系统、通信等一系列模块参数，自检完

成后系统进入运转状态。

4.2. 数据查看

详见《PASL-3000 激光光声光谱变压器油中气体在线监测系统软件使用说明书》。

5.  日常维护

激光光声光谱变压器油中气体在线监测系统操作简单，不需要载气，并且每次测量完成

废气会自动清洗，不需要特定人员进行操作，油路同样采用循环模式，不需要专门清除油样。

气路循环配有进气、回气管路特氟隆滤片，并采用螺旋接口接入管路以便定期或当管路

内混入油液时快速更换。