OPT100变压器油溶解气体监测系统技术说明

维萨拉DGA —— 现在也适用于天然酯

VAISALA公司OPT100变压器油溶解气体分析监测系统特点

• 无需任何类型的耗材。
• 无需监测和更换载气或校准用气
• 无需更换内接管或测量组件
• 无需维修或更换固定过滤器、滤光轮、薄膜或毛细管

当我们说无需维护时，我们的意思就是无需维护。在15年以上的使用寿命内，无需更换任何消耗品、服务或零件。就这么简单。下面就来说明 Optimus 是如何做到的。 在设计 OPT100变压器油中溶解气体分析监测系统时，我们取消了气瓶、滤光轮和其他消耗品。Optimus为行业带来真正的、始终在线的监测。因此，您不仅可以看到采样型式抽检能够呈现的内容，还 可以发现趋势和气体处理模式。 无需维护，零消耗品。 NDIR非分散红外——在线 DGA解决方案 光学测量技术本质上仅需几个非移动部件。这会带来多重好处：更简单、更稳健 的设计；尽可能少量的组件；重要的是， 没有零件会发生磨损或需要更换。就是 这样。 解决总体拥有成本难题 在线 DGA 监测的真实成本来自于解决 方案所需的维护量。对于像OPT100这样的真正的红外设备，因为没有什么需 要替换或更改的零件，随着时间的推移， 其成本可以忽略不计。黛尔特（北京）科技有限公司提供OPT100变压器油溶解气体监测系统

直观易用 两小时内即可安装Optimus的安装只需不到两个小时。无 需制造商认证的技术人员来安装和编 程该设备，也不需要几天后再回来进行 额外的编程。 4 基于网络的用户界面将指导您逐步完 成简化的过程。一旦完成，您就可以离 开 ，让 Optimus OPT100完成其余的工作。

坚固的机械结构带来更长的使用寿命Optimus OPT100变压器油溶解气体分析监测系统的每一个组件都经过细心设计和精心挑选，只因我们秉承这样一个目标——成为坚固、使用寿命长的溶解气体分析DGA。 只有高质量的零件才能符合我们严格的测试和资格标准，例 如磁力泵、不锈钢管道和高质量阀门。其红外测量单元是密封的，以防止光学元件受到污染。 监测系统安装在 IP66 级外壳内，以达到良好的防尘防水效 果——并且可以使用三种不同的选项进行安装：地面支架、固定墙面安装或减震墙面安装。 Optimus OPT100变压器油溶解气体分析监测系统运行时自然凉爽，设计上无需冷却风扇。换句话说， 另一个典型的 DGA溶解气体分析监测系统故障点已被完全消除。 所有 9 种气体，从所有酯类液体和矿物油中测量Optimus不仅完全符合矿物油标准，也符合合成酯和天然酯 标准。此外，可选的 O2 + N2 测量，通过维萨拉的总气体压力 方法得以增强，为您提供可靠的泄漏检测。 真空气体提取 良好的气体分析始于真空气体提取，而不是行业标准的顶部 空间法，从而确保获得好的气体样本。 

值得信赖、 安 全可靠。可延长电力变压器的使用寿命。 OPT100具有良好的稳定性、可靠性和测量性能，可用于检测故障气体的形成。 它采用 DGA 气体红外测量、真空抽气技术和 总气体压力 测量来检测进入密封变压器油箱的空气，因而备受信赖。

使用 O2 + N2 采取额外措施：“鱼与熊掌”兼得。带有可选 O2 + N2 测量功能的 OPT100 为您提供所有 9 种气体的全 面监测和趋势数据 - 由维萨拉总气体压力功能加持。维萨拉的独特组合提供了可靠的方法，用于检测环境空气是否进入您的变压器造成损害——这是仅靠 O2 测量无法实现的。2025 年夏季开始交付。

电力变压器是变电站的昂贵资产，通常占总投资的 60%。在从发电到配电的过程中，电力变压器对于确保整个电网中可靠的电力供应也至关重要。
为确保相关设备可长期操作，对于电力设施的基于状况的现代维护策略而言，在线监测和自动状态评估已然不可或缺。可靠的溶解气体DGA 监测系统已成为提供有关变压器状况的准确数据的重要工具。但是，由于市面上有多种不同的 DGA溶解气体监测系统可供选择，用户可能很难区分来自不同制造商的各式各样的设备。
本技术指南介绍了OPT100变压器油溶解气体DGA监测系统的新发展，以及这些DGA监测系统如何显著降低老款监测系统中采用的测量技术所导致的不确定性，并且着重介绍了从油中提取气体的方法以及基于红外的气体检测中的交叉敏感性。
从油中提取气体借助维萨拉 Optimus™ DGA变压器油溶解气体监测系统，可以在部分真空下从变压器油中提取气体，这意味着可以在受控温度下在绝 对压力非常低时进行提取。。与传统的顶部空间或 薄膜方法相比，真空抽气可导致更完整的气体分离；这因 此可显著降低对油中气体溶解度值（也称作奥斯特瓦尔 德 (Ostwald) 系数）的依赖，并且在跨广泛的油范围时更可靠。

相比之下，在使用传统的顶部空间提取方法时，为了从 仅部分提取的气体中计算油中气体浓度，则需要利用奥 斯特瓦尔德 (Ostwald) 系数。这些系数对于不同气体而 言是不同的，并且依赖于温度、油质量和基础油品类型 （例如，环烷或石蜡）。利用维萨拉 Optimus™ OPT100变压器油溶解气体DGA 监测系统的部分真空提取功能，与系数差异相关的测量不 确定度可以降低到顶部空间测量不确定度的三分之一。 要产生真空，Optimus™ DGA变压器油溶解气体监测系统不使用真空泵。 代替使用真空泵，该监测系统采用一种独特的方法，即 在油缸中利用油量作为活塞，通过使用磁力齿轮泵移动 油以便在油层容量的上方形成真空。然后，油样通过真 空喷洒以便提取气体（图 1）。

图 1. OPT100变压器油溶解气体通过使用油缸顶部处的闭合阀将油泵出，在油层的上方形成真空 (A)。通过真空喷油提取气体 (B)。

使用真空提取技术可实现更完整的气体分离，甚至在变 压器油中全部溶解的气体的压力非常低时增加测量可 靠性。例如，在以下情况下时气体的压力可能会远远低 于饱和：密封的变压器，或者经过除气工艺总气体压力 可能远远低于 100 mbar。 基于红外的气体检测 在提取的气体分子暴露在非色散红外光 (NDIR) 之下 时，它们会随着逐渐转移到激发分子状态而吸收能量 （图 2）。吸收的波长对于每种气体而言是唯 一的，这形成特定于气体的“指纹”，可用于确定提取的气体混合物 中的气体成分（图 3）。吸收强度取决于气体浓度，因此 可以通过测量光强度确定每种特定气体的占比。 IR 测量的主要优势之一即，它是一种基础的气体分析 方法，其中，故障气体的特定于气体的吸收波长和吸收 不会随着时间而变化。这使得能够实现长期的免校准操 作，只要了解了其他可能的漂移机制并且使用 DGA 监 测系统进行了补偿。

 图 2.   OPT100变压器油溶解气体分析仪基于红外吸收光谱，由转移到激发状态的分子导致的红外光吸收的示意图。

图 3.  OPT100变压器油溶解气体CO2 、CO、乙炔、乙烯、乙烷和甲烷气体的红外光吸收谱带。 

Optimus™ 100 DGA 变压器油溶解气体监测系统的温控 IR 模块由光源、带通 滤波器、气室、反射镜和检测器构成（图 4）。使用带通滤 波器选择测量的波长，带通滤波器仅允许特定的波段通 过。作为该模块的一个关键部分，可调谐滤波器允许更 广范围的 IR 扫描，揭示吸收区域的形状和峰值。该模块 通过对 IR 吸收以及吸收峰的形状进行分析，能够为检测 到的不同气体及其浓度提供优异的选择性。因此，气体分析基于使用宽广的波长范围收集的信号。 所有 IR 传感器元件（包括微辉光源、滤波器和检测器）均 为在单晶硅晶片上制成的微机电系统 (MEMS)。我们专 门针对 Optimus™100 DGA变压器油溶解气体监测系统对这些元件进行设计 和优化，并且在我们自有的洁净室中制造这些元件。为 了进一步提高可靠性，光学测量模块不含移动部件。 消除漂移 尽管在采用基于 IR 的分析时，故障气体的吸收特性不会 随着时间而变化，但测量信号仍有可能受到其他因素的 影响。因此，DGA 监测系统应补偿或消除此类漂移影响。 IR 技术中典型的漂移机制包括传感器部件（例如光源和 检测器）的污染或老化。DGA 变压器油溶解气体系统应具备针对此类机制 进行补偿的途径，以便实现长期稳定的测量。这至关重 要，因为气体趋势是揭示变压器状况的重要的信息来 源之一。 维萨拉开发了许多独特方法，可以克服漂移并确保稳定 的测量值，而无需进行重新校准。借助 Optimus™ 100 DGA 变压器油溶解气体 监测系统，可以建立和控制内部气体提取和油处理机 制，以便使油中受污染的化合物无法在光学表面上聚集 并导致长期漂移。此外，使用完全密封的机械结构避免 了任何外部污染，这意味着来自环境空气的任何化合物 都无法接触到光学元件并影响测量结果。 提供参考测量 Optimus™ DGA 变压器油溶解气体监测系统能够在每个油采样周期中为 内部校准创建参考测量值。对预定义波长范围的扫描和 测量既会在存在提取气体时进行，也会在光学模块中的 气体被清 除后的真空环境下进行。后一个过程中的测量 值将作为参考值。这两个扫描信号的比率定义实际吸收 率，从而定义气体浓度。这使得系统能够补偿光学元件 中可能出现的漂移，无论是由于老化还是污染造成的。

图 4. Optimus™ 100 DGA 变压器油溶解气体监测系统内置红外IR模块的示意图。

图 5 显示了 IR 传输信号的一个示例，分别展示了存在气 体时和真空下（无气体）在稳定测量期间以及光源强度 发生 10% 漂移时的情况。 油中自动校准 - 确保长期性能并消除漂移 使用中的变压器油具有非常复杂的化学成分，包括用于 变压器诊断的关键故障气体和较重的烃类气体以及其 他挥发性有机化合物 (VOC)。烃类气体和 VOC（干扰气 体）的 IR 吸收谱带可能会与故障气体重叠，如果不能识 别它们并加以补偿，将会干扰吸收信号，从而给气体分 析带来负面影响。 但与关键故障气体相比，这些化合物具有不同的物理特 性。Optimus™ DGA 监测系统会利用 VOC 和关键故障 气体之间的此种物理差异来对 VOC 进行��偿。在不同 条件下提取气体时，较重的烃类气体的提取量会显著降 低。凭借 IR 吸收测量，我们能够在每个提取步骤中发现 干扰气体提取量的降低（图 6）。借助此方法，可以计算出 干扰气体的相对比例，并从实际测量信号中相应减去干 扰气体。

此功能称作油中自动校 准。Optimus™ DGA 会在安装完成后的首 个测量周期中运行该自动校 准，以便监测系统识别和“了解”油 中存在的烃类气体和 VOC 的混合情况。在正常运行过程中，油中自动校 准功能会定期运行，大约每月一次。 该功能会通过重复运行计算来确保 其能够有效地针对油成分的变化进 行补偿，从而确保长期性能。