第33卷，第9期 2013年9月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
变压器油溶解气体的FTIR定量分析赵安新1,2，汤晓君1*，王尔珍"，张钟华1,3，刘君华 1.西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室，陕西西安710049
2.西安科技大学，陕西西安710054 3.中国计量科学研究院，北京100013
Vol. 33,No. 9, pp2407-2410
September，2013
摘要针对色谱进行变压器溶解气体在线监测需要载气、定期标定、安全性低等缺陷，试图建立一种傅里叶变换红外光谱法的油溶解气体在线分析系统。考虑特征气体量小、成分多、检测限及安全要求高，根据特征气体的吸收光谱特征与分析要求，利用分段比基线校正、改进TR正则化特征变量提取算法，建立稀疏偏最小二乘的定量分析模型。以CH，CHs，C,H和CO,等特征气体为例，给出了分析的测试结果。结果表
明，在光谱波数分辨率为1cm""，光程为10cm情况下，可以满足变压器绝缘油溶解气体分析要求。关键调傅里叶变换红外光诺；油溶解气体；定量分析；稀疏偏最小二乘；在线监测
中图分类号：0433.4
引言
文账标识码：A
DOI: 10. 3964/j. issn. 10000593(2013)092407-04
1实验部分
油溶解气体即DGA作为一种有效、可靠的技术手段，进行电气设备故障早期探测而被广泛应用""，国内外推出了许多在线系统，主要有油色谱、光声光谱.5)、电化学传感器和红外光谱，目前，油色谱在现场广泛使用，主要BPLG公司ServeronTM、宁波理工iMGA2020、河南中分ZF800-11等，可以实现7～9种气体的监测。但存在一定的局限，（1)需要载气，（2)色谱柱和传感器需要定期更换或校准，光声光谱技术是最近才发展和应用的7.)，GE Kelman进行了产品研发，可以实现7～9种气体监测，但该技术利用微音器检测光声效应所激发出的声波强度，易受噪声影响，而在现场电磁、噪声紫杂，同时气体光谱间的交叉影响会产生较大的误差。傅里叶变换红外光诺也有一些研究，目前GE推出FARADAYTNU，可实现7～9种气体监测，由于烃类气体吸收峰交叠严重，交叉敏感影响巨大，同时光学器件在复杂环境长时间运行中，基线漂移、干扰气影响等限制了进一步应用。本课题组911对多组分气体尤其是同分子基团气体进行系列关键技术的研究，基本解决了FT-IR在分气体分析方面的问题。本工作利用FTIR对DGA中监测目标气体成分进行分析，采用分段比基线校正改进IR 与SPLS(积疏偏最小二乘)进行光谐处理与分析，
1.1定量分析原理
光谱定量分析的依据是朗伯-比尔(Lamber-Beer)定律：任一波长光的吸收度与样品中组分的浓度成正比，对于非吸光性溶剂中单一溶质的红外吸收光谱，在任波数处的吸光
度为
A()=g)
1
a(v)
(1)
其中；A(v)和T()分别为在波数<处的吸收强度和透射率，无单位量纲.a(v)为在波数v处的吸光系数。b为光程长，c 为样品的浓度。根据以上原理，光强的吸收强度或透过率可
以反演出特定气体成分的浓度。 1.2样品制备
研究目标气体为CH，CH，C,H，CHs，CH， CH4，C,He，CO和CO等9种，其中7种为烃类气体。通过不同浓度单组分气体的观察，如图1所示，烷烃在2850~ 3050cm=1范围内具有较强的吸收，且吸收光谱严重交叠，各种目标气体和干扰气形成了相互干扰，烷烃气体、CO和 CO对烯烃类气体虽有干扰，但相对较小。因此，CO和CO 以及烯烃气体做单组份样本，烃类气体需制备一定量的混合气体。
收稿日期：2013-01-27，修订日期：2013-03-27
基金项目：国家自热科学基金项目(51277144)，电力设备电气绝缘国家重点实验室基金项目(EIPE11307)资助
作者筒介：赵安新，1981年生，西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室博士研究生
*通讯联系人
万方数据
e-mail; xiaojun_tang@mail, xjtu edu. cn
e-mail;zhaoanxin@126.com