第36卷，第8期 2016年8月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol. 36, No. 8, pp2492-2498
August,2016
变压器油中溶解气体拉曼光谱检测及其光谱线型模型分析
陈新岗1，2，李松3，马志鹏1*，倪志1，杨定坤1，谭昊1
1.重庆理工大学，重庆400054
2.重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室，重庆400030 3.重庆鲁能开发（集团)有限公司，重庆400023
摘要拉曼光谱气体检测技术能利用单一波长的激光对气体样品进行无接触、无损耗检测，适用于油浸式变压器油中溶解气体检测。结合拉曼光谱检测机理，分析了拉曼光谱谱线特征，建立了由洛仑兹函数与高斯函数卷积表示的拉受光谱Voigt线型模型，其表现出较好的拉变谱峰线型轮基本特征。以谱峰高、中心位置、半率峰全宽等为代表的拉受谱峰线型轮哪基本特征是寻峰的主要目标，其根本目的在获取样本定性及定量检测分析依据。故针对拉受光谱实验数据设计了基于比较法的自动寻峰模型以实现检测目标。对引入到Voigt线型模型中的寻峰模型进行的模拟实验结果表明，模拟中谱峰高、中心位置等数据均与模型输出数据相吻合。依托实验室构建的变压器油中落解气体拉受光谱检测平台，分析检测实验数据表明，Voit线型模型中率峰全宽参数实际取值区间为（8.7，11.5）（cm-1），模型与其存在偏差。修正该参数取值为10.257 cm-"，并对比研究表明：修正后的Voigt线型模型及寻峰模型具有更好的适应性及实用性。结合实验平台的拉曼光谱气体检测数据的寻峰结果，有效地完成了七种变压器故障特征气体的检测及分析。针对甲烷气体，获得单位气体含量、拉曼特征峰强度与面积三者之间的线性关系，为变压器油中溶解气体拉曼光谱检测定量分析奠定基础，
关键词变压器；油中溶解气体，拉曼光谱，Voigt线型；寻峰
中图分类号：0657.3
引言
文献标识码：A
DOl: 10. 3964/j. issn. 10000593(2016)08-249207
传统油中溶解气体分析（dissolvedgas-in-oil analysis， DGA)方法有气相色谱法、传感器阵列法、傅里叶红外光谱法、光声光谱法等。以上所述DGA检测方法都有其使用限
目前，我国电力系统正稳步向着超高压、大容量、全国
互联的总方向发展。电力系统整体的发电、输电、配电设备的可靠及安全性能的要求也将日益增高。变压器是电力系统中最重要且是最昂贵的输变电设备之一，其安全运行能力直接影响电网的供电可靠性1-汀。
正常运行的充油电力变压器内部的绝缘材料在老化、过热及放电等故障下，会分解并产生CH，C,H，C.H， C.H，CO，CO,和H，等七种变压器运行故障特征气体，这影响和破坏了变压器绝缘油的整体组成，但另一方面又为变压器故障原因分析提供依据-汀。变压器绝缘油是由天然石油经过蒸简、精炼而获得的一种矿物油。它是各种碳氢化合物所组成的混合物，包括了碳、氢、硫、氮、氧及极少量的金
属元素，其中，碳氢达到其全部重量的95%～99%[6-7]，收稿日期：2015-06-18，修订日期：2015-10-25
制及缺点，在变压器实际运行环境中应用时会引人若干问题8-9。拉曼光谱检测技术使用单一频率的激光对混合气体进行非接触、无损伤的检测，可对七种故障特征气体实现定性和定量的分析。
在对所提取的拉曼光谱数据进行大量分析发现，一种具
体的拉受光谱谱线包含有一种具体检测样本物质的特定物理及化学信息，并由各种类型的谱峰形式表现。谱峰信号的强度及大小与样本物质的组分及结构活性等有关。因此从拉变谱峰的位置、大小和形状可以获取物质的定性和定量信息具体而言，获取以谱峰高、中心位置、半峰全宽等为代表的拉曼谱峰线型轮聊基本特征是寻峰的主要目标。本文采用相邻数据点中寻找极大值点的比较寻蜂法，在无严重重叠峰下实现快速、准确的自动寻峰。本文计算获得的四个谱峰信
基金项目：重庆市自然科学基金项目（cstc2012jA90018)，重庆市教委科学技术研究项目（kj1400917)资助
作者简介：陈新岗，1968年生，重庆理工大学电子信息与自动化学院教授
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