充油电气设备的内部故障往往伴随着绝缘油和固体绝缘材料的分解。当变压器内部出现过热或放电时,绝缘油中的碳氢化合物分子会断裂重组,产生氢气、甲烷、乙炔、乙烯等特征气体。这些气体溶解在油中,它们的种类和浓度比例就像一份“体检报告”,可以帮助判断设备内部发生了什么类型的问题。分析油中溶解气体的组分和含量,是监视充油电气设备安全运行的有效措施之一。
便携式油中气体分析仪DKG-200的设计目标,是让这项工作从实验室延伸到现场。传统方式需要从变压器底部取出油样,送到实验室经过脱气、色谱分离等步骤才能得到结果,整个过程可能需要数小时甚至更长时间。而基于光声光谱技术的便携式设备,可以在现场完成从油气分离到气体检测的全流程,缩短从取样到获得结果的时间。
设备的核心检测原理与煤矿束管监测系统中使用的光声光谱技术一脉相承。脉冲红外光源通过7种窄带光学滤波片形成中红外区的7个光谱波段,用于分析不同气体的特征吸收。增强悬臂梁光学麦克风技术使得短光路条件下也能获得较高的灵敏度,其线性动态量程比可以达到5个数量级。这意味着同一台仪器既能测量浓度较低的痕量气体,也能应对浓度较高的组分,不需要在测量高浓度样品时进行稀释或更换量程。
油气分离是现场分析中需要关注的一个环节。油中溶解气体的浓度与油面上方气相中的浓度之间存在分配关系,而这个分配系数会受到温度和湿度的影响。设备采用的环境适应技术旨在消除温湿度变化对气体分配系数的影响,从而保证在不同季节和气候条件下测量结果的一致性。分析周期最小可以设置为10分钟,用户可以根据设备的重要程度和运行状况自行调整,推荐的检测周期为每12小时一次。
在数据分析层面,设备配套的软件提供了多种故障诊断方法。除了传统的三比值法之外,还集成了改良的模糊三比值法、大卫三角形和立方图示法等多种方法,用户可以根据实际情况选择。三比值法的基本思路是利用CH₄/H₂、C₂H₄/C₂H₆、C₂H₂/C₂H₄这三组比值来判断故障类型。不同比值的组合对应着不同的故障性质,比如过热性故障和放电性故障在特征气体比例上存在差异。设备还具备二级气体阈值报警和增长率报警功能,报警浓度和增长率阈值可以由用户自行设定。
从系统集成的角度来看,DKG-200采用标准19英寸机架式结构,支持IEC61850通讯标准,可以通过光纤或双绞线接入电力系统的局域网。历史数据趋势图查询和报表打印功能方便运维人员进行纵向比较,观察监测数据的变化趋势,从而分析变压器的运行状态和故障发展趋势。对于需要同时关注铁芯接地电流和环境温湿度的场合,系统还可以选配相应的监测模块。