aalto1 untyped-item.component.html
Dissolved gas analysis with infrared spectroscopy
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Electrical Engineering |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
Language
en
Pages
83
Series
Abstract
High-voltage transformers are an essential part of modern infrastructure. Dissolved gas analysis is (DGA) the industry standard for transformer health monitoring. In DGA transformer faults are identified by analyzing the dissolved gases in the transformer oil. DGA can be split into two sub-categories: online DGA (O-DGA) which is performed on-site, and offline DGA done in a laboratory. O-DGA is rising in popularity due to better fault prevention. Many O-DGA solutions use infrared (IR) absorption as the detection mechanism in gas sensing.
Transformers are a chemically diverse environment, which can contain products from insulation degradation, oxygen inhibitors, insulating gases, or chemicals from cleaning. A challenge with O-DGA is the cross-sensitivity with the aforementioned interfering compounds (IC) in IR absorption measurements.
The aim of this thesis is to optimize two commercial IR spectrometers for gas measurements and examine their capability in identifying ICs. The spectrometers used are a Fourier transform IR spectrometer (FTIR) and a non-linear IR spectrometer (nlir). The former is used for its excellent resolution and the latter for its speed and fiber-coupleability. Gas is first extracted from the oil and the gaseous samples are derived to gas cells, where the absorption measurement takes place. After optimization, both could be applied to measure absorption from gaseous samples and identify ICs. The identification is based on spectral matching to a commercial gas spectra library.
The results show great promise for the further use for the use case of real transformer oil samples where an IC is suspected. Further work should focus especially on building a spectral matching algorithm to reduce the manual labour needed.
Korkeajännitemuuntajat ovat välttämätön osa modernia infrastruktuuria. Liuenneiden kaasuen analyysi (LKA) on tapa valvoa muuntajien kuntoa, missä muuntajaöljyyn liueneiden kaasujen pitoisuus määritetään. LKA voidaan suorittaa laboratoriossa tai muuntajaan integroidulla verkkokytketyllä LKA-laitteella. Verkkokytketyt LKA-laitteet yleistyvät, sillä ne parantavat muuntajien käyttövarmuutta. Verkkokytketyt kunnonvalvontalaitteet hyödyntävät usein infrapuna-absorptiota mitatakseen kaasujen konsentraation.
Muuntajat ovat kemiallisesti monimuotoisia ympäristöjä, jotka voivat sisältää yhdisteitä mm. hapettumisenestoaineista, eristävistä kaasuista tai puhdistuskemikaaleista. Haaste infrapuna-absorptio-LKA:ssa on ristikkäisherkkyydet häiriöyhdisteiden kanssa.
Diplomityön tavoite on käyttää kahta kaupallista spektrometriä mittaamaan kaasujen infrapuna-absorptiota sekä tunnistamaan häiriöyhdisteitä. Työssä käytetyt spektrometrit ovat Fourier-muunnosinfrapunaspektrometri (FTIR) sekä epälineaarineninfrapunaspektrometri (nlir). FTIR-laitetta käytetään sen erinomaisen resoluution vuoksi ja nlir-laitetta kuitukytkettävyyden takia. Työssä käytetään öljynäytteitä, joista erotellaan liuenneet kaasut. Kaasufaasiin saadut näytteet johdetaan kaasukyvetteihin, missä absorptiomittaus suoritetaan.
Optimoinnin jälkeen molemmat spektrometrit osoittautuivat hyviksi työkaluiksi kaasujen infrapuna-absorption mittaamiseen ja kykenivät tunnistamaan häiriöyhdisteitä. Tunnistuksessa käytettiin apuna kaupallista spektrikirjastoa.
Jatkokehityksessä mittalaitteita voidaan soveltaa oikeisiin muuntajaöljynäytteisiin, joissa epäillään häiriöyhdistettä. Jatkotutkimuksissa kannattaa kehittää automatisoitu spektrin vertailualgoritmi, sillä se keventäisi tutkijan työtaakkaa suuresti.