快速检测技术

运行年限超过10年的大型电力变压器数量逐年上升，绝缘老化问题日益显现。 近红外光谱检测诊断技术在老化评估中表现出巨大的应用潜力。 NIRS技术应用于变压器固体绝缘老化诊断仍有诸多瓶颈。

数字化、智能化是发电行业发展大势所趋。智慧电站的发展急需各种快速检测技术提供数据支持。激光诱导击穿光谱（LIBS）技术具有实时、多元素同时测量、可远程检测等优点，是智慧电站发展的重大需求。例如基于LIBS的煤质快速分析可为混配煤、燃烧优化、污染控制等提供支撑，提高电厂运行的经济性和安全性；而基于LIBS的钢材管道原位检测对保障电厂安全运行意义重大。项目组在之前的研究中，揭示了LIBS测量不确定性和误差的产生机理，提出了光谱标准化、主导因素偏最小二乘（PLS）模型、基于自适应光谱数据库的光谱辨识等一整套方法，实现了LIBS精确定量化，获得2017中国仪器仪表学会科学技术奖一等奖、第九届国际发明展览会金奖。然而，在煤质分析中，面临煤炭种类多样、成分复杂且分布不均匀、挥发分和灰分导致的基体效应严重，环境粉尘震动和温度大幅度变化对LIBS测量影响大等严重挑战；而金属原位测量面临设备小型化要求、元素谱线自吸收和互干扰严重等难题。 根据本项目成果研制的煤质分析仪对煤炭主要指标的测量精度达到传统化学方法的国家标准要求，手持式金属分析仪的测量精度达到或者超过了成熟的X射线荧光技术。项目申请专利23项（授权20项，含1项国际专利），成果通过国外内多家公司获得转化，专利许可金额超过1500万元，并为社会创造经济价值超过1.5亿元。 本项目研制分析仪操作简单、维护方便，检测指标全面，具有较强的可推广性，已应用于火电行业多家单位。项目技术成果的应用可为电厂煤质快速检测、燃烧优化、污染物控制、钢材质检提供数据支撑，推动煤炭清洁高效利用及智慧电厂建设。

近年来国内外发生多起因变压器起火引起的大面积停电事故，据事故调查分析，约85%的起火原因在于变压器大负荷运转使矿物绝缘油过热爆燃。因此具有更高燃点和可降解率的环保植物绝缘油被广泛认为是替代传统矿物油的下一代变压器绝缘介质。 油中溶解气体分析（简称DGA）是电力公司准确分析和诊断变压器等充油电气设备运行状态的核心技术，每一台变压器在使用前和使用中都必须满足DGA检测合格标准，但植物绝缘油理化性质的不同使原有成熟的技术无法准确分析溶解气体含量，诊断方法与判据也无法继续沿用。随着城市用电量的快速增长，环保植物绝缘油中溶解气体分析诊断技术的空白已成为电网安全环保发展的“卡脖子”技术难题。本项目首创基于密封定容式采样与鼓泡冷阱式脱气的自动连续前处理技术。研制了植物绝缘油一体化螺纹密封定容采样器，实现了油样品与空气的完全隔绝，发明了鼓泡萃取脱气与三重冷阱捕集的联合动态平衡分离脱气装置，摆脱了植物绝缘油因运动粘度高导致脱气不充分的困境，提出了全过程自动连续前处理方法，大幅降低前处理误差。发明了高精度氦离子化油中溶解气体快速检测技术，实现了植物绝缘油溶解气体分配系数的精准测定。发明了绝缘油中溶解气体氦离子气相色谱仪，实现了单一检测器对无机与有机组分的独立检测，检测灵敏度较旧有技术提高了近10倍，构建了四气路十通阀结构的色谱载气控制系统，解决了干扰气体难清理和仪器稳定时间长的难题，显著节省了整体分析时间。发明了植物绝缘油变压器局部过热与放电击穿故障模拟技术。首次提出了基于真实运行植物绝缘油变压器的放电击穿故障模拟技术，实现了植物油与矿物油在不同击穿次数下的故障模拟，研制了常压密闭式绝缘油热故障模拟装置，完成了植物油与矿物油在局部过热故障下的差异化分析，为植物绝缘油变压器的故障诊断提供了实践依据。 成果在天津市、河南省、上海市等多个地区得到成功应用，项目共获得授权专利13项其中发明专利7项，制定标准规范4项，发表核心论文4篇，软件著作3项。

项目攻克了电缆绝缘抗水树性能快速检测技术，发明了绝缘材料多路水树老化试验装置，创造性的解决了XLPE抗水树性能评估与检测时间相协调的关键问题。攻克了电缆绝缘纯净度评估技术。首次提出了基于理化检测与图像识别相结合的方法，实现了电缆绝缘纯净度的精益检测和定量评估，克服了传统方法需要人工主观识别判断的问题，大幅度提高了绝缘纯净度检测的效率和准确性。突破了电缆绝缘老化性能评估技术。发现了XLPE电缆在老化前后特征参数变化规律，提出了击穿耐压联合老化试验方法，发明了XLPE绝缘温控耐压测试仪，实现了电缆老化特性与预期寿命的有效检测和评估。首创电缆产品质量分级评价方法。通过研究影响电缆产品质量的主要因素，建立了电缆技术参数与绝缘性能两大考核体系，利用层次分析法，首次提出了电缆产品质量分级评价考核指标的评分方法，为XLPE电缆的差异化评价和采购提供了技术支撑。

数字化、智能化是发电行业发展大势所趋。智慧电站的发展急需各种快速检测技术提供数据支持。激光诱导击穿光谱（LIBS）技术具有实时、多元素同时测量、可远程检测等优点，是智慧电站发展的重大需求。例如基于 LIBS 的煤质快速分析可为混配煤、燃烧优化、污染控制等提供支撑，提高电厂运行的经济性和安全性；而基于 LIBS 的钢材管道原位检测对保障电厂安全运行意义重大。项目组在之前的研究中，揭示了 LIBS 测量不确定性和误差的产生机理，提出了光谱标准化、主导因素偏最小二乘（PLS）模型、基于自适应光谱数据库的光谱辨识等一整套方法，实现了 LIBS 精确定量化，获得 2017 中国仪器仪表学会科学技术奖一等奖、第九届国际发明展览会金奖。然而，在煤质分析中，面临煤炭种类多样、成分复杂且分布不均匀、挥发分和灰分导致的基体效应严重，环境粉尘震动和温度大幅度变化对 LIBS 测量影响大等严重挑战；而金属原位测量面临设备小型化要求、元素谱线自吸收和互干扰严重等难题。 本项目在 LIBS 定量化方法的基础上，分别针对煤质分析和金属检测的难点，进一步提出了以下关键创新技术：1）对煤质分析：提出了光束整形和空间限制方法，解决了煤质不均匀和挥发分灰分导致的等离子不均匀、不稳定的问题；光谱分析算法方面，提出了基体匹配定标模型降低灰分、挥发分变化对测量的影响，多维度光谱辨识方法提高煤炭光谱辨识准确率，考虑煤等离子体中 CN、C2 的存在对含碳量测量的影响，显著降低了基体效应；开发了自稳定同轴激发和光谱收集系统、洁净气体保护系统、恒温控制系统等技术降低环境粉尘震动和温度变化的影响。2）对金属原位检测：采用高重频低能量的激光器，满足仪器小型化要求同时保证较高的光谱信号质量；提出了以黑体辐射为参考的自吸收效应修正方法以及基于综合铁线强度的内定标和互干扰算法，解决了谱线自吸收和互干扰的难点。本项目研制分析仪操作简单、维护方便，检测指标全面，具有较强的可推广性，已应用于火电行业多家单位。项目技术成果的应用可为电厂煤质快速检测、燃烧优化、污染物控制、钢材质检提供数据支撑，推动煤炭清洁高效利用及智慧 电厂建设。