拉曼光譜方法在微量成分檢測領域具有極強的應用前景，本文結合液芯光纖增強方法大幅度提升了拉曼光譜在絕緣油中糠醛的檢測性能，對油浸式電力裝置狀态監測提供了新思路。
研究背景
油浸式電力裝置是電力系統中的核心裝置之一，其安全穩定運作是保障電力系統安全、可靠運作的必要條件。礦物油中糠醛含量可有效反映油浸式電力裝置的絕緣老化狀态，實作油中糠醛含量的準确檢測對油浸式電力裝置以至電網的安全可靠運作具有重要意義。
論文所解決的問題及意義
相較于傳統檢測方法，拉曼光譜法是一種非侵入式、無需樣本預處理的檢測方法，且簡單、可靠，但由于拉曼信号強度較弱，難以滿足油浸式電力裝置油中微量糠醛的準确檢測需求。
論文方法及創新點
重慶大學電力裝備智能化與安全團隊研究人員開展了基于液芯光纖增強拉曼光譜的油中糠醛原位檢測方法研究，利用液芯光纖低傳輸損耗和高收集效率的特性實作對微弱拉曼信号的增強。
研究人員設計并研制了可同時實作液芯光纖固定、耦合、進樣的适配裝置。檢測時待測液體将首先注入主腔體内部，後充滿整個主腔體，在壓力作用下流入液芯光纖并流向後向腔體，再由後向腔體的接頭流出。
研究團隊搭建了用于液芯光纖增強拉曼光譜檢測的實驗平台，并實作液芯光纖的高穩定性耦合，通過實驗研究液芯光纖末端光強衰減與長度的規律，确定了适用于工程實際的液芯光纖長度為50cm。
研究團隊開展了化學仿真計算，揭示了純糠醛和油中糠醛特征峰位不同的原因：純糠醛液體中糠醛分子間存在強烈的耦合作用，C=O振動受到分子間氧和氫原子耦合的影響而頻移降低，絕緣油主要由烷烴、環烷烴和少量芳香烴組成，此類物質與糠醛分子的作用途徑主要是較弱的範德華力，是以對糠醛C=O振動影響較小。确定了油中糠醛定量分析峰位選擇1706cm−1處信号。
基于團隊搭建的平台，對十二個不同濃度的油中糠醛樣本進行檢測，并建立了油中糠醛含量與液芯光纖增強拉曼峰強（1706cm−1）的數學模型，拟合優度達99.96%。為保證長期運作穩定性，研究人員還建立了内标方法的糠醛定量模型，使用糠醛1706cm−1處信号強度與油中1614cm−1處信号強度相比，可消除雷射器功率波動、光路波動、折射率以及傳輸效率變化的影響，拟合優度提升至達99.98%，最終得到本方法針對絕緣油中糠醛直接最小檢測濃度達0.164 mg/L。
團隊研究人員讨論了不同學者的文獻中關于絕緣紙聚合度與油中糠醛含量的拟合關系，計算了在0.164mg/L檢測限下，各文獻中公式所對應的絕緣紙的聚合度預測範圍（656~751）。确定在油紙絕緣老化狀态處于絕緣良好時，本平台就可以檢測到老化特征物糠醛，證明本方法檢測限滿足對油紙絕緣裝置絕緣紙老化狀态評估的需求。
結論
研究結果表明，基于液芯光纖增強拉曼光譜的油中糠醛檢測具有方法簡單、穩定性好、靈敏度高、速度快等特點。
展望
通過對帶取油口的油浸式電力裝置，如：變壓器等，設計自動進樣裝置及油液回流裝置，使得油浸式電力裝置油室與液芯光纖通路耦合，有望實作對油浸式電力裝置的油中糠醛原位檢測，有助于推進重要油紙絕緣裝置的全壽命周期管理。
團隊介紹
重慶大學輸變電裝備技術全國重點實驗室電力裝備智能化與安全團隊，面向能源電力裝備運作安全，持續開展電力裝置狀态檢測先進傳感技術、線上監測新方法、電力裝置狀态評估、全壽命管理等方向應用基礎理論及關鍵技術研究，近5年合作發表高品質論文200餘篇，他引8100多次。
其中Analytical Chemistry、Applied Physics Letters等自然指數期刊6篇，High Voltage、IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation/Power Deliver等電氣領域權威期刊66篇，Optics Express等光學傳感領域權威期刊18篇；ESI高被引論文20篇，中國精品科技期刊頂尖學術(F5000)論文3篇。近5年合作授權國家發明專利40餘項，其中已轉讓8項，轉讓金額1000餘萬元。
陳偉根，本文通訊作者，重慶大學電氣工程學院教授、博士生導師；教育部長江學者特聘教授、國家基礎加強重點項目負責人、國家百千萬人才工程國家有突出貢獻的中青年專家，國務院政府特殊津貼專家，國家級一流大學課程負責人；中國電機工程學會重慶市高電壓技術專委會主任委員、中國電機工程學會智能感覺專委會委員、中國水電工程學會自動化專委會委員。
主持國家重大科技專項、973課題、863課題、國家自然科學基金重點（面上）項目、國家電網（南方電網）科技重點專項、省部級成果轉化重點項目等16項；獲國家科技進步二等獎1項（排第3），牽頭獲國家資訊産業重大技術發明1項、教育部技術發明一等獎1項、中國産學研創新成果一等獎1項，其它省部級科技進步獎10項。
宋睿敏，重慶大學高電壓與絕緣技術專業博士生。主要從事能源電力裝備狀态檢測及診斷方法研究，包括：油紙絕緣系統老化特征物檢測、油紙絕緣系統老化狀态診斷方法、資料驅動電池材料表征分析方法等。以第一作者身份發表SCI檢索論文3篇，中文核心論文1篇。
本工作成果發表在2023年第24期《電工技術學報》，論文标題為“礦物油中糠醛液芯光纖增強拉曼光譜原位檢測方法”。本課題得到國家自然科學基金項目和重慶市研究所學生科研創新項目的支援。