Ứng dụng và ưu điểm của công nghệ quang phổ quang âm trong việc giám sát khí trong dầu biến áp

• Nguyên lý kỹ thuật: Công nghệ quang âm học dựa trên đặc tính hấp thụ ánh sáng ở các bước sóng cụ thể của các phân tử khí. Hỗn hợp khí thoát ra từ dầu được chiếu bằng ánh sáng điều chế; sau khi hấp thụ năng lượng ánh sáng, các phân tử khí giải phóng nhiệt thông qua quá trình chuyển đổi không bức xạ, gây ra sự giãn nở của khí trong vùng vi mô và tạo ra tín hiệu âm thanh; cường độ tín hiệu tỷ lệ thuận với nồng độ khí
• Lợi thế cốt lõi: Không cần khí mang và cột sắc ký, giúp loại bỏ chi phí tiêu hao vật tư và nhu cầu thay thế định kỳ của phương pháp sắc ký truyền thống, từ đó giảm đáng kể khối lượng công việc bảo trì và chi phí vận hành lâu dài
• Phạm vi kiểm tra: Bằng cách chuyển đổi các bộ lọc có bước sóng khác nhau để kiểm tra từng thành phần khí một, các sản phẩm chủ đạo hiện nay có thể phát hiện từ 3 đến 7 loại khí đặc trưng cho sự cố
• Các trường hợp áp dụng: Đặc biệt phù hợp với các trạm không có nhân viên trực, nơi điều kiện bảo trì hạn chế và khó tiếp cận thường xuyên, cũng như các môi trường lắp đặt nhỏ gọn có yêu cầu nghiêm ngặt về kích thước và mức tiêu thụ điện năng của thiết bị

1. Nguyên lý hoạt động của quang phổ quang âm

Công nghệ quang âm dựa trên hiệu ứng quang âm — khi các phân tử khí hấp thụ ánh sáng điều chế ở bước sóng cụ thể và được kích thích lên trạng thái năng lượng cao, sau đó giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt thông qua các va chạm phân tử, dẫn đến sự giãn nở và co lại theo chu kỳ của các vùng nhỏ trong khí, từ đó tạo ra sóng âm có thể phát hiện được. Mỗi loại phân tử khí đều có “dấu vân tay” quang phổ hấp thụ riêng biệt (bước sóng hấp thụ đặc trưng), do đó có thể phát hiện từng loại khí mục tiêu bằng cách lựa chọn các bộ lọc có bước sóng khác nhau.

Khác với phương pháp sắc ký khí truyền thống, vốn yêu cầu phải tách từng thành phần khí trong hỗn hợp ra khỏi cột sắc ký trước khi tiến hành phân tích riêng lẻ, phương pháp quang âm không cần đến bước tách vật lý mà sử dụng các đặc trưng quang phổ để nhận diện trực tiếp các loại khí. Điều này giúp loại bỏ cột sắc ký và hệ thống khí mang, từ đó đơn giản hóa đáng kể cấu trúc thiết bị.

2. So sánh với phương pháp sắc ký khí

3. Ưu điểm kỹ thuật của quang phổ quang âm

3.1 Hoạt động không cần bảo trì

Không phụ thuộc vào khí mang và cột sắc ký, giúp giảm thiểu tối đa khối lượng công việc bảo trì tại hiện trường. Đối với các trạm biến áp ở vùng sâu vùng xa, khu vực có độ cao lớn hoặc các địa điểm khó tiếp cận, tính năng không cần bảo trì giúp giảm đáng kể nhân lực và tần suất bảo trì vận hành.

3.2 Kiểm tra nhanh

Phương pháp này giúp tiết kiệm thời gian phân tách bằng sắc ký, và tốc độ xét nghiệm mỗi lần thường nhanh hơn so với phương pháp sắc ký. Trong các tình huống khẩn cấp cần đưa ra quyết định nhanh chóng, thời gian xét nghiệm ngắn hơn đồng nghĩa với việc cảnh báo sự cố kịp thời hơn.

3.3 Thiết kế gọn nhẹ

Khi loại bỏ hệ thống đường ống khí và tủ giữ nhiệt cho cột sắc ký, kích thước và trọng lượng của thiết bị đều có thể được thu gọn hơn. Thiết bị này phù hợp với những nơi có giới hạn nghiêm ngặt về không gian lắp đặt, chẳng hạn như phòng phân phối điện nhỏ gọn hoặc nền tảng giám sát di động.

4. Những hạn chế về mặt kỹ thuật

4.1 Số loại khí có thể phát hiện được còn hạn chế

Do bị giới hạn bởi dải bước sóng của các bộ lọc có sẵn và vấn đề chồng chéo quang phổ, các sản phẩm quang âm phổ phổ biến hiện nay có thể phát hiện ít loại khí hơn so với các hệ thống sắc ký khí cao cấp. Đặc biệt, độ nhạy trong việc phát hiện CO và CO₂ trên một số sản phẩm vẫn còn có thể được cải thiện.

4.2 Nhiễu chéo quang phổ

Các đỉnh hấp thụ của các loại khí khác nhau có thể chồng chéo lên nhau trong cùng một dải bước sóng, gây ra hiện tượng nhiễu chéo. Mặc dù có thể bù đắp và hiệu chỉnh bằng các thuật toán phần mềm, nhưng trong trường hợp các thành phần khí phức tạp cùng tồn tại, ảnh hưởng của nhiễu chéo khó loại bỏ hoàn toàn hơn so với phương pháp tách vật lý bằng sắc ký.

4.3 Hệ thống tiêu chuẩn vẫn đang được hoàn thiện

Phương pháp sắc ký khí đã được ứng dụng trong ngành điện lực từ nhiều thập kỷ nay và hệ thống tiêu chuẩn đã được hoàn thiện. Trong khi đó, quang phổ quang âm là một công nghệ tương đối mới, các tiêu chuẩn ngành liên quan vẫn đang trong quá trình xây dựng và hoàn thiện, điều này phần nào ảnh hưởng đến mức độ chấp nhận của một số người dùng.

5. Câu hỏi thường gặp (FAQ)

5.1 Câu hỏi: Độ chính xác của phổ quang âm có thể đạt đến mức của phương pháp sắc ký không?

Trả lời: Trong phạm vi kiểm tra tương ứng, độ chính xác của các sản phẩm quang phổ quang âm chủ đạo đã tiệm cận mức độ của phương pháp sắc ký. Tuy nhiên, về độ phong phú của các loại khí được kiểm tra và tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu khi nồng độ cực thấp, các hệ thống sắc ký cao cấp vẫn có một số ưu thế nhất định.

5.2 Hỏi: Thiết bị quang phổ quang âm có thực sự không cần bảo trì gì cả không?

Trả lời: Ưu điểm lớn nhất về bảo trì của phương pháp này là không cần khí mang và không phải thay cột sắc ký, nhưng không phải là hoàn toàn không cần bảo trì. Nguồn sáng có tuổi thọ nhất định, bộ lọc quang học cần được giữ sạch, trong khi bộ phận khử khí và hệ thống dẫn dầu vẫn cần được kiểm tra định kỳ. Tuy nhiên, tổng khối lượng công việc bảo trì rõ ràng ít hơn so với phương pháp sắc ký.

5.3 Câu hỏi: Phổ quang âm thích hợp để sử dụng trong những trường hợp nào?

Trả lời: Các trường hợp ứng dụng điển hình nhất bao gồm: các trạm điện hẻo lánh không có nhân viên trực, các trạm có yêu cầu nghiêm ngặt về tần suất bảo trì, các môi trường có không gian lắp đặt và trọng lượng hạn chế, cũng như các dự án mong muốn kiểm soát chi phí vận hành và bảo trì lâu dài. Trong khi đó, các trạm biến áp trung tâm vẫn cần được trang bị đầy đủ các chức năng của phương pháp sắc ký.

5.4 Câu hỏi: Xu hướng phát triển trong tương lai của quang phổ quang âm là gì?

Trả lời: Với những tiến bộ trong công nghệ thiết bị quang phổ mini và thuật toán xử lý tín hiệu, khả năng phát hiện các loại khí cũng như độ nhạy vẫn còn nhiều tiềm năng để cải thiện. Dự kiến trong vài năm tới, khoảng cách về phạm vi phát hiện giữa quang phổ quang âm và phương pháp sắc ký sẽ dần được thu hẹp, đồng thời xu hướng thay thế phương pháp sắc ký sẽ ngày càng mạnh mẽ hơn ở phân khúc thị trường tầm trung và thấp.

5.5 Câu hỏi: Nên chọn phương pháp quang phổ ánh sáng hay phương pháp sắc ký? Làm thế nào để đưa ra quyết định?

Trả lời: Nếu trạm có nhân viên vận hành và bảo trì chuyên nghiệp và cần thông tin chẩn đoán toàn diện nhất, hãy chọn phương pháp quang phổ. Nếu trạm nằm ở vùng hẻo lánh, không có người trực và có nhu cầu cao về tính không cần bảo trì, hãy chọn phương pháp quang phổ âm thanh. Đối với máy biến áp chính tại các nút giao thông quan trọng, nên chọn phương pháp quang phổ; còn đối với máy biến áp phân phối phân tán, ưu điểm ít cần bảo trì của phương pháp quang phổ âm thanh sẽ nổi bật hơn.

6. Gợi ý lựa chọn mẫu

6.1 Trong các trường hợp điều kiện bảo trì bị hạn chế, nên ưu tiên giải pháp quang phổ quang âm.

6.2 Trong các trường hợp yêu cầu độ chính xác cao trong chẩn đoán, phương pháp sắc ký vẫn là phương pháp chủ yếu.

6.3 Hai loại này có thể được kết hợp theo tỷ lệ cao-thấp trong cùng một hệ thống lưới điện, từ đó bổ sung cho nhau về mặt ưu điểm.

Lưu ý: Nội dung bài viết này chỉ mang tính chất trao đổi kỹ thuật và tham khảo, không cấu thành bất kỳ cam kết mua bán hay đề nghị hợp đồng nào. Các thông số kỹ thuật sản phẩm, phương án cấu hình và giá cả sẽ được xác định theo hợp đồng và thỏa thuận kỹ thuật đã ký kết. Các dữ liệu kỹ thuật và trường hợp điển hình được đề cập trong bài viết đều lấy từ các nguồn thông tin công khai và thực tiễn công trình; mọi thay đổi sẽ không được thông báo riêng.

Quý khách cần so sánh các giải pháp giám sát trực tuyến bằng quang phổ quang âm hoặc sắc ký khí? Hãy liên hệ với Yinnotongda để nhận tư vấn chuyên môn về lựa chọn thiết bị. Đường dây nóng: 13959168359 (cũng là số WeChat).