电力系统的安全运行是直接影响电力输送的关键,电力变压器作为电力系统不可缺少的设备,它的安全运行是电力系统可靠工作的必要条件。变压器在长期运行过程中,因长期受外界因素和内部关键部件老化的影响常常发生故障。因此,保护变压器的正常运行和加强对绝缘系统的合理维护,很大程度上可以保证变压器具有相对较长的使用寿命,而预防性和预知性维护是提高变压器使用寿命和提高供电可靠性的关键。因此针对油中溶解故障特征气体的检测与变压器故障诊断的研究显得尤为重要,由于常见检测手段无法同时满足油中溶解气体的高灵敏度和无损耗检测,因此无法实现对油中溶解老化特征气体的长期可靠的在线监测。利用光声光谱法的优势弥补这些缺陷,进行光声光谱技术在变压器油中溶解故障特征气体的研究,进而为真正实现变压器油中溶解故障气体准确检测和诊断打下基础。本文主要研究内容:(1)从理论角度剖析分子与激光之间产生的相互作用并产生吸收光谱的具体原理。从宏观角度具体分析光声光谱检测的基本原理,具体分析光声信号的产生机理及微弱声信号检测原理,为后期实验现象的阐述奠定理论基础。(2)阐述光声光谱气体检测平台的关键部件选取,以及各部件在整个光声信号检测过程中作用和重要性。重点分析了激光器的选取、光声池的设计以及声传感器的选取,根据波长范围、可调节性和功率大小,选择量子级联激光器作为光声光谱信号的激发器;针对变压器故障气体检测的特点,选择差分型光声池;考虑抗干扰性能,选择硅悬臂梁式声传感器。此外,还针对目前常见的故障油气检测方法进行总结。本章从实用部件上分析实验过程中的关键点,建立光声光谱气体检测实验平台。(3)从实验角度出发,研究光声光谱技术在变压器故障气体检测上的应用。首先确定了待测物的红外吸收谱线,最终确定最佳特征谱线为下2103.3cm-1。随后实验研究了激光调制深度、温度、压强等基础实验参数对待测物质光声信号的影响,发现调制深度和光声信号之间存在一定的线性函数关系;光声信号随温度上升而减小,因此在实验过程中应尽量保持温度恒定,条件允许的情况下,保持光声池内部的低温环境;随压强上升,气体的吸收系数增加,但光声信号降低。利用不同浓度含量的一氧化碳标准气体样本进行检测实验,结果表明在一定浓度范围内,光声信号和浓度之间存在线性函数关系,用一元线性回归方法拟合结果发现其拟合系数可达0.9687。此外,对两台运行变压器故障油气的长期监测数据进行了分析,以几种气体的比值构建判据预测变压器内部可能存在的故障类型,并提出相关处理建议。本文研究探讨了光声光谱技术及其在变压器故障气体检测上的应用,研究成果为后期进一步研究其他故障特征气体检测,和未来开展更多的现场检测及诊断技术研究提供了有益的参考。