基于红外光谱法对变压器油中含水量的检测

刘阁; 张孟威; 秦芳; 陈彬; 陈俊森; 杨昊璋

doi:10.12452/j.fxcsxb.240915402

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基于红外光谱法对变压器油中含水量的检测

实验技术与方法 | 更新时间：2025-05-09

- 基于红外光谱法对变压器油中含水量的检测
- Detection of Water Content in Transformer Oil Based on Infrared Spectroscopy
- 分析测试学报 2025年44卷第5期页码：919-924
- 作者机构：
  
  1.华北科技学院化工安全学院，河北省危险化学品安全与控制技术重点实验室，河北廊坊 065201
  2.华北科技学院应急装备学院，河北省矿山设备安全监测重点实验室，河北廊坊 065201
- 作者简介：
  
  陈彬，博士，教授，研究方向：油液污染控制，E-mail：hustchb@163.com
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目(51375516);中央引导地方科技发展资金项目(206Z5201G);华北科技学院研究生科技项目
- DOI：10.12452/j.fxcsxb.240915402
  中图分类号： O657.33
- 收稿日期：2024-09-15，
  
  修回日期：2024-10-27，
  
  录用日期：2024-12-11，
  
  纸质出版日期：2025-05-15
- 稿件说明：
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刘阁,张孟威,秦芳,陈彬,陈俊森,杨昊璋.基于红外光谱法对变压器油中含水量的检测[J].分析测试学报,2025,44(05):919-924.

LIU Ge,ZHANG Meng-wei,QIN Fang,CHEN Bin,CHEN Jun-sen,YANG Hao-zhang.Detection of Water Content in Transformer Oil Based on Infrared Spectroscopy[J].Journal of Instrumental Analysis,2025,44(05):919-924.
刘阁,张孟威,秦芳,陈彬,陈俊森,杨昊璋.基于红外光谱法对变压器油中含水量的检测[J].分析测试学报,2025,44(05):919-924. DOI： 10.12452/j.fxcsxb.240915402.

LIU Ge,ZHANG Meng-wei,QIN Fang,CHEN Bin,CHEN Jun-sen,YANG Hao-zhang.Detection of Water Content in Transformer Oil Based on Infrared Spectroscopy[J].Journal of Instrumental Analysis,2025,44(05):919-924. DOI： 10.12452/j.fxcsxb.240915402.

摘要

水分含量的大小直接影响变压器油的电气性能和变压器安全，对变压器油含水量的检测是变压器安全运行的重要保障。该文通过制备不同水分梯度油样，并进行红外光谱检测，建立了变压器油中含水量、吸光度、吸收峰面积的多元线性回归数学模型，并利用验证样对数学模型进行检验，提出了一种红外光谱法检测含水量的精确定量方法。结果表明含水变压器油红外光谱的吸收峰是水分子中羟基（—OH）吸收红外光能量产生振动所致，存在于变压器油中的水分子与水分子以及变压器油中某些添加剂之间发生氢键效应，使得电子云密度平均化，导致3 600~3 200 cm

-1

处的吸收峰振动频率减小，红外吸收峰向低波数移动并变宽。油中含水量、3 400 cm

-1

处吸光度和3 600~3 200 cm

-1

下的吸收峰面积三者间存在对应关系，所建立的三者间的量化关系模型的

=0.943，sig值为0.003（

＜0.05），均方根误差（RMSE）仅为0.005 12，实验样数据点均匀分布在回归平面上，模型拟合程度高，具有显著性，可以准确计算变压器油中的含水量。该方法提高了变压器油中水分定量检测的准确性，为变压器油中含水量的在线监测奠定了理论基础。

Abstract

The moisture content in transformer oil directly affects its electrical performance and may lead to safety hazards. Therefore，detecting moisture content is critical for ensuring the safe operation of transformers. By preparing oil samples with controlled moisture gradients and analyzing their infrared spectra，a multiple linear regression model correlating moisture content（

），absorbance at 3 400 cm

-1

（

），and absorption peak area（

） within 3 600-3 200 cm

-1

was established. The model was validated using independent samples，proposing an accurate quantitative method for moisture detection via infrared spectroscopy. The results indicated that the absorption peaks in water-containing transformer oil arise from hydroxyl（—OH） vibrations in water molecules. Hydrogen bonding between water molecules and additives in the oil reduced the electron cloud density，leading to a redshift（lower wavenumbers） and broadening of the absorption peaks in the 3 600-3 200 cm

-1

region. A quantitative model linking moisture content（

），absorbance at 3 400 cm

-1

（

），and absorption peak area（

） was established with high significance（

²=0.943，sig=0.003，

0.05） and accuracy（RMSE=0.005 12）. The experimental data points uniformly distributed on the regression plane confirm the model’s robustness in calculating moisture content. This method improves the accuracy of moisture quantification in transformer oil and provides a theoretical basis for future online monitoring systems.

关键词

Keywords

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