1.1 Мониторинг одного газа: пионер – водород
After decades of development, online DGA monitoring has evolved from simple single‑gas hydrogen detection to a landscape with multiple coexisting technologies. This article systematically reviews the principles, characteristics, and application scenarios of the main DGA technologies – gas chromatography, infrared spectroscopy, photoacoustic spectroscopy, and others – to help readers select the most suitable technical solution for their needs.
Fast ответ
Ограничения:
Контролируется только один газ – невозможно определить тип неисправности
Остаточный водород, попавший в стальные конструкции трансформатора, со временем медленно высвобождается, создавая фон помех
Некоторые неисправности (например, локальный перегрев) могут выделять метан раньше водорода, что приводит к пропущенному обнаружению
Задержка диагностики неисправности и трудности с определением конкретной неисправности Проблема
Из-за этих ограничений, присущих мониторингу одного газа, технологии мониторинга нескольких газов постепенно стали общепринятыми.
1.2 Разработка мониторинга нескольких газов Технологии
Сегодня технологии многогазового мониторинга DGA делятся на четыре основные категории: газовая хроматография, инфракрасная спектроскопия, фотоакустическая спектроскопия и матрицы датчиков. Среди них газовая хроматография является традиционным лабораторным стандартом, а инфракрасная спектроскопия и фотоакустическая спектроскопия в последние годы стали горячими точками исследования для онлайн-мониторинга.
2. Газовая хроматография (ГХ)
2.1 Принцип работы
2.2 Технический. Характеристики
2.3 Применение Сценарии
Step 1: Gas extraction
An oil sample is collected from the transformer, and dissolved gases are separated from the oil using vacuum degassing or headspace extraction.
Step 2: Chromatographic separation
The extracted gas mixture is carried by an inert carrier gas (such as helium, nitrogen, or argon) through a chromatographic column. The column is packed with a stationary phase. Different gas molecules interact differently with the stationary phase, so they travel through the column at different speeds, achieving separation.
Step 3: Detection and quantification
The separated gases enter a detector (commonly a Thermal Conductivity Detector, TCD, or a Flame Ionization Detector, FID). The detector output produces a chromatogram – peak position identifies the gas species, and peak area reflects gas concentration.
3. Инфракрасная спектроскопия
High sensitivity: Down to 0.1 ppm; detection limit for key gases like acetylene ≤ 0.5 ppm
High accuracy and repeatability: As a laboratory standard, results are reliable
Comprehensive gas coverage: Can measure nine or more fault gases simultaneously
Mature technology: Well‑established international standards and extensive application experience
Инфракрасная спектроскопия обнаруживает газы на основе поглощения ими определенных инфракрасных волн в соответствии с законом Ламберта-Бера. Различные молекулы газа обладают уникальными инфракрасными спектрами поглощения – своими спектрами «отпечатков пальцев». (FTIR)
Requires carrier gas: Consumes high‑purity inert gases, increasing operating costs
Requires regular calibration: Needs standard gas mixtures for calibration
Discontinuous monitoring: Traditional GC is batch‑based – cannot provide real‑time continuous monitoring
Complex maintenance: Columns, valves, and other parts require regular servicing
Time delay: From sampling to results takes hours to days
Laboratory offline analysis: Used as a benchmark method for fault confirmation
Periodic inspections: Regular sampling for non‑critical transformers
Online monitoring systems: Miniaturized GC systems exist, but they still consume carrier gas
Может измерять несколько газов одновременно
Относительно сложная система оптического пути
Principle:
FTIR uses a Michelson interferometer to generate interference light. After passing through the gas sample, the light undergoes Fourier transformation to produce an infrared absorption spectrum. The position of absorption peaks identifies gas species, and the peak intensity corresponds to gas concentration.
3.2 Перестраиваемый диод Лазерная абсорбционная спектроскопия (TDLAS)
Характеристики:
Может измерять только один или несколько газов за одно измерение
Высокая чувствительность, вплоть до уровни ppb
Сильная защита от помех и хорошая селективность
Principle:
TDLAS uses a tunable semiconductor laser whose emission wavelength is precisely aligned with the characteristic absorption line of the target gas. By scanning the laser wavelength and measuring the absorption peak intensity, gas concentration is quantified.
Характеристики:
Относительно простая структура и низкая стоимость
Умеренная селективность – восприимчивость к помехам со стороны других газов
Предел обнаружения ~0,5 ppm
Обычно используется для одно- или двухкомпонентных газов обнаружение
4.1 Принцип работы
Фотоакустическая спектроскопия — это быстро развивающаяся технология оптического обнаружения газов. Его принцип основан на фотоакустическом эффекте: когда молекулы газа поглощают инфракрасный свет определенной длины волны, они переходят из основного состояния в возбужденное. В результате столкновительной релаксации поглощенная энергия преобразуется в тепло, вызывая кратковременное повышение температуры. Когда источник света модулируется, периодический нагрев генерирует волны давления, то есть звуковые волны. Высокочувствительный микрофон улавливает интенсивность звуковой волны, которая прямо пропорциональна концентрации газа. C
4.2 Технический Характеристики
Преимущества:
Ограничения:
Высокие требования к чувствительности микрофона
4.3 Расширенная фотоакустическая спектроскопия (улучшенная) PAS)
Современная усовершенствованная технология PAS преодолевает ограничения традиционной PAS благодаря нескольким инновациям:
Where:
S = photoacoustic signal intensity
k = instrument constant
α = gas absorption coefficient
P = optical power
C = gas concentration
Исследования показали высокую согласованность результатов PAS и GC при измерении концентраций растворенного газа в различных пробах нефти. Один сравнительный эксперимент с использованием 30 проб масла из трансформаторов, находящихся в эксплуатации более трех лет, подтвердил, что обе технологии эффективно определяют состав и концентрацию газа. Это подчеркивает важность правильных процедур отбора проб, а не каких-либо недостатков технологии.
No carrier gas required: Direct gas measurement – no consumable carrier gas
High sensitivity: Detection limit for key gases like acetylene reaches 0.1–0.5 ppm
Fast response: Suitable for real‑time continuous monitoring
No moving parts: When using MEMS electronic modulation, reliability is high
Low maintenance: No consumables
5. Другие новые технологии
5.1 Рамановская спектроскопия (RS)
Комбинационная спектроскопия основана на эффекте комбинационного рассеяния света. Он анализирует состав газа путем измерения спектра рассеяния, возникающего при взаимодействии лазерного света с молекулами газа. Oil
Один лазер может одновременно обнаруживать несколько газов
Высшая система Cost
MEMS infrared light source: Electronic modulation replaces the mechanical chopper, eliminating vibration noise
Dual‑chamber enhanced gas cell: Gold‑coated absorption cavities with resonance enhancement technology improve detection sensitivity
Vacuum degassing: Temperature‑controlled vacuum degassing compatible with multiple oil types
Enhanced PAS achieves consumable‑free, maintenance‑free, full‑gas‑coverage online monitoring capability.
Массивы сенсоров состоят из нескольких газочувствительных датчиков. Состав газа анализируется с помощью алгоритмов распознавания образов. интегрировать
Селективность и стабильность требуют дальнейшего улучшения
(Здесь будет размещена подробная сравнительная таблица. Ниже приводится текстовое резюме.)
Источники: многочисленные рецензируемые исследования и технические данные. технические описания.
7. Технологические тенденции
7.1 Работа без газа-носителя
Традиционный ГХ требует газа-носителя, что увеличивает эксплуатационные расходы и сложность. Оптические технологии (PAS, инфракрасная спектроскопия и т. д.) не требуют газа-носителя и представляют собой основное направление будущего онлайн-мониторинга.
Переход от мониторинга одного газа к многокомпонентному мониторингу в сочетании с влажностью, температурой и другими параметрами позволяет проводить комплексную оценку состояния трансформатора. операции, а TDLAS обеспечивает исключительную чувствительность. Будущие тенденции благоприятствуют интеграции нескольких технологий для достижения взаимодополняющих преимуществ. традиционные методы ДГА. Исследования показывают, что искусственные нейронные сети (ИНС) могут достигать точности 76,8% при диагностике неисправностей DGA, что значительно выше, чем традиционные методы (Дорненбург 55%, треугольник Дюваля 40%, Роджер 38,4%, IEC 31,8%).89491fe1eeecd4dadb0af0714f8b97a2d8. Как выбрать правильное техническое решение
Current status:
With advances in laser and fiber optic technologies, RS is gradually expanding its role in DGA. Enhanced RS systems have reduced detection limits for gases such as C₂H₂ and CH₄ to tens of ppm, sufficient for online monitoring applications.
Анализ растворенного газа трансформаторного масла эволюционировал от однокомпонентного к многокомпонентному, от автономного к онлайновому, от электрических к оптическим методам.
Characteristics:
Relatively low cost
Small size – easy to integrate
Selectivity and stability need further improvement
Significantly affected by ambient temperature and humidity
(A detailed comparison table would be placed here. Below is a textual summary.)
| Technology | Principle | Detection Limit (C₂H₂) | Carrier Gas | Maintenance | Best For |
|---|---|---|---|---|---|
| GC | Separation + detection | ≤0.5 ppm | Required | High | Laboratory / reference |
| PAS | Photoacoustic effect | 0.1-0.5 ppm | Not required | Low | Online continuous |
| FTIR | Infrared absorption | ~0.5 ppm | Not required | Medium | Multi‑component online |
| TDLAS | Laser absorption | <0.1 ppm | Not required | Low | Single/dual gas high precision |
| NDIR | Infrared absorption | ~0.5 ppm | Not required | Low | Single gas |
| Raman | Raman scattering | 10-50 ppm | Not required | Medium | Direct in‑oil measurement |
Sources: Multiple peer‑reviewed studies and technical datasheets.
Traditional GC requires carrier gas, increasing operating cost and complexity. Optical technologies (PAS, infrared spectroscopy, etc.) require no carrier gas and represent the mainstream direction for future online monitoring.
Moving from single‑gas to multi‑component monitoring, combined with moisture, temperature, and other parameters, enables comprehensive transformer condition assessment.
Different technologies have different strengths: GC offers high accuracy, PAS provides maintenance‑free operation, and TDLAS delivers exceptional sensitivity. Future trends favor integrating multiple technologies to achieve complementary advantages.
Combining artificial intelligence (AI) and machine learning algorithms enables automatic fault type identification and severity assessment – overcoming the dependency on expert experience and inconsistent diagnostic results of traditional DGA methods. Studies show that artificial neural networks (ANN) can achieve 76.8% accuracy in DGA fault diagnosis, significantly higher than traditional methods (Dornenburg 55%, Duval triangle 40%, Roger 38.4%, IEC 31.8%).
| Application Scenario | Recommended Technology | Rationale |
|---|---|---|
| Laboratory benchmark analysis | GC | Highest accuracy, standard‑approved |
| Critical transformer online monitoring | Enhanced PAS | Maintenance‑free, full gas coverage |
| Medium‑voltage transformers | 3‑gas PAS or NDIR | Moderate cost, covers main faults |
| Fast leak localization | TDLAS | High sensitivity, fast response |
| Distribution transformer early warning | Single‑gas hydrogen monitor | Low cost, meets basic needs |
| Research & in‑depth diagnostics | Raman or FTIR | Multi‑dimensional information |
Dissolved gas analysis for transformer oil has evolved from single‑component to multi‑component, from offline to online, and from electrical to optical methods.
Gas chromatography, as the traditional standard method, remains irreplaceable in laboratory applications due to its high accuracy and comprehensive coverage.
Photoacoustic spectroscopy, with its maintenance‑free and consumable‑free characteristics, has become the ideal choice for online continuous monitoring.
For power utilities, selecting the right DGA technology requires balancing asset criticality, budget constraints, maintenance capabilities, and diagnostic needs. As next‑generation technologies like enhanced PAS mature, maintenance‑free, full‑gas‑coverage, intelligent diagnostic online monitoring is becoming a reality – providing strong support for the transition from “periodic maintenance” to “predictive maintenance” of power equipment.
HERTZINNO’s online DGA systems (DGA900, DGA500, DGA300) use enhanced MEMS‑based photoacoustic spectroscopy to deliver consumable‑free, maintenance‑free continuous monitoring, with flexible configurations ranging from single‑gas to 9+1 (nine gases + moisture). Learn more →
