Detection of Water Content in Transformer Oil Based on Infrared Spectroscopy

LIU Ge; ZHANG Meng-wei; QIN Fang; CHEN Bin; CHEN Jun-sen; YANG Hao-zhang

doi:10.12452/j.fxcsxb.240915402

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Detection of Water Content in Transformer Oil Based on Infrared Spectroscopy

Experimental Techniques and Methods | 更新时间：2025-05-20

- Detection of Water Content in Transformer Oil Based on Infrared Spectroscopy
- Journal of Instrumental Analysis Vol. 44, Issue 5, Pages: 919-924(2025)
- 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：
- 基金信息：
- DOI：10.12452/j.fxcsxb.240915402
  CLC： O657.33
- Received：15 September 2024，
  
  Revised：27 October 2024，
  
  Accepted：11 December 2024，
  
  Published：15 May 2025
- 稿件说明：
移动端阅览
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

references

Sheng Z H . Pet . Prod. Appl. Res. （盛祖红.石油商技）， 2019 ， 37 （ 1 ）： 5 - 12 .

Battal F ， Balci S ， Sefa I . Measurement ， 2021 ， 171 ： 108848 .

Oshima S ， Nakamura H ， Kobayashi H . IEEJ Trans . Electric. Electron. Eng. ， 2021 ， 16 （ 6 ）： 882 - 887 .

Liu Y ， Yu D ， Liao S J ， Shen A G ， He Z K ， Han F Y . J. Instrum. Anal. （刘叶，余东，廖思杰，沈爱国，何治柯，韩方源. 分析测试学报）， 2024 ， 43 （ 4 ）： 532 - 540 .

Wada J ， Ueta G ， Okabe S ， Amimoto T . IEEE Trans . Dielectr. Electric. Insul. ， 2013 ， 20 （ 4 ）： 1388 - 1394 .

Chen Q W ， Xiang C Q ， Li X Y ， Yu D H ， Wang L Q ， Xiao X . J. Instrum. Anal. （陈启文，向超群，李欣怡，余丹华，王乐琪，肖雪. 分析测试学报）， 2025 ， 44 （ 2 ）： 253 - 258 .

Darwish M M F ， Hassan M H A ， Abdel-Gawad N M K ， Abdel-Gawad ， Lehtonen M ， Diaa-Eldin A . Mansour . High Voltage ， 2024 ， 9 （ 2 ）： 319 - 335 .

Hadjadj Y ， Fofana I ， Van de Voort F R ， Bussieres D . IEEE Electr. Insul. Mag. ， 2015 ， 32 （ 1 ）： 34 - 39 .

Leong Y S ， Ker P J ， Jamaludin M Z ， Jamaludin S . Sens . Actuators B ， 2018 ， 266 ： 577 - 582 .

Chen B ， Wu H Y ， Han C ， Yan H ， Liu G . Spectrosc . Spectral Anal. （陈彬，武宏阳，韩超，颜欢，刘阁.光谱学与光谱分析）， 2015 ， 35 （ 10 ）： 2740 - 2745 .

IEC 60422 ：2013 . Mineral Insulating Oils in Electrical Equipment-Supervision and Maintenance Guidance . International Electrotechnical Commission ： Geneva，Switzerland ， 2013 .

GB/T 7595 - 2017 . Quality of Transformer Oils in Service. National Standards of the People's Republic of China（运行中变压器油质量. 中华人民共和国国家标准） .

Weng S F ， Xu Y Z . Fourier Transform Infrared Spectroscopy . 3rd edition . Beijing ： Chemical Industry Press（翁诗甫，徐怡庄. 傅里叶变换红外光谱分析.第3版.北京：化学工业出版社）， 2016 ： 467 - 489 .

Chen B ， Wu H H ， Han C ， Yan H ， Liu G . Acta Photonica Sin. （陈彬，武宏阳，韩超，颜欢，刘阁. 光子学报）， 2015 ， 44 （ 6 ）：0630002-1- 0630002 - 6 .

Chołuj M ， Luis J M ， Bartkowiak W ， Zaleny R . Front. Chem. ， 2022 ， 9 ： 801426 .

GB/T 7600 - 2014 . Determination of Water Content in Transformer oils and Turbine Oils in Service by Coulometric Method. National Standards of the People's Republic of China（运行中变压器油和汽轮机油水分含量测定法（库仑法）. 中华人民共和国国家标准） .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Solid Phase Extraction-SERS Technique for Field Analysis of Trace 1，2，3-Benzotriazole in Transformer Oil Based on Lignin- Organoclay Composite Hydrogel

Construction and Performance Study of a Novel Ratimetric Nanoprobe for Nitric Oxide Detection

Related Author

CHEN Bin

HAN Fang-yuan

HE Zhi-ke

SHEN Ai-guo

LIAO Si-jie

YU Dong

LIU Ye

HAN Fang-yuan

Related Institution

Guangxi Key Laboratory of Intelligent Control and Maintenance of Power Equipment，Electric Power Research Institute of Guangxi Power Grid Co.，Ltd.

College of Bioengineering and Health，Wuhan Textile University

College of Chemistry and Molecular Sciences，Wuhan University

The Key Laboratory of Carbohydrate Chemistry and Biotechnology，Ministry of Education，School of Biotechnology，Jiangnan University

School of Food and Biological Engineering，Jiangsu University

Address：100 Xianlie Middle Road, Guangzhou Postal code：510070
Tel：020-87684776,37656606 Fax：020-87684776 Email：fxcsxb@china.com
Technical support is provided by Beijing Founder electronics co., LTD 粤ICP备12017312号-3 京公网安备11010802024621
It is recommended to read the content of this site in Chrome&IE9+. Please switch to extreme mode in browser 360.
Cookies We use cookies to help provide and enhance our service and tailor content. By continuing, you agree to the use of cookies.
Total Visits：477479 Visits Today：973

⁰