拉曼光谱方法在微量成分检测领域具有极强的应用前景，本文结合液芯光纤增强方法大幅度提升了拉曼光谱在绝缘油中糠醛的检测性能，对油浸式电力设备状态监测提供了新思路。

研究背景

油浸式电力设备是电力系统中的核心设备之一，其安全稳定运行是保障电力系统安全、可靠运行的必要条件。矿物油中糠醛含量可有效反映油浸式电力设备的绝缘老化状态，实现油中糠醛含量的准确检测对油浸式电力设备以至电网的安全可靠运行具有重要意义。

论文所解决的问题及意义

相较于传统检测方法，拉曼光谱法是一种非侵入式、无需样本预处理的检测方法，且简单、可靠，但由于拉曼信号强度较弱，难以满足油浸式电力设备油中微量糠醛的准确检测需求。

论文方法及创新点

重庆大学电力装备智能化与安全团队研究人员开展了基于液芯光纤增强拉曼光谱的油中糠醛原位检测方法研究，利用液芯光纤低传输损耗和高收集效率的特性实现对微弱拉曼信号的增强。

研究人员设计并研制了可同时实现液芯光纤固定、耦合、进样的适配装置。检测时待测液体将首先注入主腔体内部，后充满整个主腔体，在压力作用下流入液芯光纤并流向后向腔体，再由后向腔体的接头流出。

研究团队搭建了用于液芯光纤增强拉曼光谱检测的实验平台，并实现液芯光纤的高稳定性耦合，通过实验研究液芯光纤末端光强衰减与长度的规律，确定了适用于工程实际的液芯光纤长度为50cm。

研究团队开展了化学仿真计算，揭示了纯糠醛和油中糠醛特征峰位不同的原因：纯糠醛液体中糠醛分子间存在强烈的耦合作用，C=O振动受到分子间氧和氢原子耦合的影响而频移降低，绝缘油主要由烷烃、环烷烃和少量芳香烃组成，此类物质与糠醛分子的作用途径主要是较弱的范德华力，因此对糠醛C=O振动影响较小。确定了油中糠醛定量分析峰位选择1706cm−1处信号。

基于团队搭建的平台，对十二个不同浓度的油中糠醛样本进行检测，并建立了油中糠醛含量与液芯光纤增强拉曼峰强（1706cm−1）的数学模型，拟合优度达99.96%。为保证长期运行稳定性，研究人员还建立了内标方法的糠醛定量模型，使用糠醛1706cm−1处信号强度与油中1614cm−1处信号强度相比，可消除激光器功率波动、光路波动、折射率以及传输效率变化的影响，拟合优度提升至达99.98%，最终得到本方法针对绝缘油中糠醛直接最小检测浓度达0.164 mg/L。

团队研究人员讨论了不同学者的文献中关于绝缘纸聚合度与油中糠醛含量的拟合关系，计算了在0.164mg/L检测限下，各文献中公式所对应的绝缘纸的聚合度预测范围（656~751）。确定在油纸绝缘老化状态处于绝缘良好时，本平台就可以检测到老化特征物糠醛，证实本方法检测限满足对油纸绝缘设备绝缘纸老化状态评估的需求。

结论

研究结果表明，基于液芯光纤增强拉曼光谱的油中糠醛检测具有方法简单、稳定性好、灵敏度高、速度快等特点。

展望

通过对带取油口的油浸式电力设备，如：变压器等，设计自动进样装置及油液回流装置，使得油浸式电力设备油室与液芯光纤通路耦合，有望实现对油浸式电力设备的油中糠醛原位检测，有助于推进重要油纸绝缘设备的全寿命周期管理。

团队介绍

重庆大学输变电装备技术全国重点实验室电力装备智能化与安全团队，面向能源电力装备运行安全，持续开展电力设备状态检测先进传感技术、在线监测新方法、电力设备状态评估、全寿命管理等方向应用基础理论及关键技术研究，近5年合作发表高质量论文200余篇，他引8100多次。

其中Analytical Chemistry、Applied Physics Letters等自然指数期刊6篇，High Voltage、IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation/Power Deliver等电气领域权威期刊66篇，Optics Express等光学传感领域权威期刊18篇；ESI高被引论文20篇，中国精品科技期刊顶尖学术(F5000)论文3篇。近5年合作授权国家发明专利40余项，其中已转让8项，转让金额1000余万元。

陈伟根，本文通讯作者，重庆大学电气工程学院教授、博士生导师；教育部长江学者特聘教授、国家基础加强重点项目负责人、国家百千万人才工程国家有突出贡献的中青年专家，国务院政府特殊津贴专家，国家级一流本科课程负责人；中国电机工程学会重庆市高电压技术专委会主任委员、中国电机工程学会智能感知专委会委员、中国水电工程学会自动化专委会委员。

主持国家重大科技专项、973课题、863课题、国家自然科学基金重点（面上）项目、国家电网（南方电网）科技重点专项、省部级成果转化重点项目等16项；获国家科技进步二等奖1项（排第3），牵头获国家信息产业重大技术发明1项、教育部技术发明一等奖1项、中国产学研创新成果一等奖1项，其它省部级科技进步奖10项。

宋睿敏，重庆大学高电压与绝缘技术专业博士生。主要从事能源电力装备状态检测及诊断方法研究，包括：油纸绝缘系统老化特征物检测、油纸绝缘系统老化状态诊断方法、数据驱动电池材料表征分析方法等。以第一作者身份发表SCI检索论文3篇，中文核心论文1篇。

本工作成果发表在2023年第24期《电工技术学报》，论文标题为“矿物油中糠醛液芯光纤增强拉曼光谱原位检测方法”。本课题得到国家自然科学基金项目和重庆市研究生科研创新项目的支持。