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近年来，气体绝缘开关设备（GIS，Gas Insulated Switchgear）在电力部门的应用越来越广泛，其可靠性不容忽视。据统计，在GIS的各类故障中，绝缘故障占有相当大的比例，并且绝缘故障造成的损失随着电压等级的升高而增大。局部放电（Partial Discharge，简称PD）是GIS设备绝缘故障的最初表现形式，所以有必要采用一定的方法对GIS设备局部放电状态进行监测，避免重大事故的发生。高纯SF6气体是GIS设备的绝缘介质，SF6气体分子在局部放电作用下会发生分解，并在微氧和微水的作用下，生成CO、SO2、CF4、HF和SO2F2等分解组分，不同的放电类型对应的SF6分解组分的种类、含量以及比例关系等也不同。通过检测SF6分解组分，建立起SF6分解组分与局部放电类型之间的关系，进而判断局部放电产生的原因以及危险程度。 目前有多种方法可以检测SF6分解组分，与通常光谱检测方法不同，光声光谱方法检测的光声信号直接取决于样品吸收光能的大小，受散射光、反射光等的干扰很小，因此能够获得较高的灵敏度。此外，由于光声光谱检测技术具有选择性好、动态范围大以及可以实现在线检测等优点，在SF6分解组分的在线检测中具有良好的应用前景。 本文开展了基于非共振光声光谱技术的SF6分解组分检测方法研究。本论文的研究难点在于微弱光声信号的提取、光声信号的影响因素分析以及光声信号的温度修正。论文的主要研究内容归纳如下: (1)光声光谱技术理论分析。从红外吸收光谱理论出发，分析了光声效应的产生以及光声信号的检测机理;深入研究了热的产生以及声的激发过程。以标准圆柱形光声池为例，分析了声场的分布，并通过在波动方程中引入声能损耗项，得到了共振模式和非共振模式的声压振幅。 (2)非共振光声光谱检测系统关键参数的分析与确定。根据光源的辐射特性以及各待测组分的红外吸收光谱，通过综合数值分析，确定了CO、SO2和CF4三种组分窄带滤光片的具体参数;实验研究了温度对窄带滤光片光学性能的影响，设计了合适的保护滤光片，避免窄带滤光片受温度影响而发生中心波长漂移;实验研究了斩波器不同工作频率对光声信号的影响，确定了非共振光声池的最佳工作频率，即光源的调制频率。 (3)基于Lyapunov指数的微弱光声信号混沌检测方法研究。针对锁相放大技术积分时间不能为无限长且对待检测信号的信噪比门限要求高的缺点，论文首次把基于Lyapunov指数的混沌振子微弱信号检测方法用于SF6分解组分光声光谱检测，实现了强噪声背景中微弱光声信号的检测。仿真实例以及实测信号检测结果均表明，该方法在检测精度上要优于基于互相关理论的锁相放大技术。 (4) SF6分解组分光声特性以及光声信号影响因素分析。实验研究并分析了SF6分解气体中CO、SO2和CF4三组分的光声特性，从检测限、准确度以及稳定性等方面对光声光谱检测系统的性能做了初步评价。结合Matheson气体数据手册，研究了温度对光声池常数的影响;理论分析了温度、压强对气体光声检测过程的影响，从量子力学和光谱学理论出发，深入分析了二者对气体分子吸收截面的影响;以CO为实验气体，实验研究了温度、压强、噪声以及光源功率变化对光声信号稳定性的影响。 (5)光声信号的温度修正。提出了两种修正温度对光声信号影响的方法:参考滤光片法以及模型法。对于参考滤光片的选择，通过对比分析各待测组分的红外吸收特性，最终选择了H2S气体滤光片作为参考滤光片来修正温度对光声信号的影响，同时修正了其他因素如压强、噪声、光源功率等因素对光声信号的综合影响;对于模型法，通过理论分析结合实验研究，分别建立了光声响应因子以及背景光声信号与温度之间的数学模型，进而修正因温度变化带来的浓度计算的误差。这两种温度修正方法均为研究GIS中SF6分解组分光声探测的温度修正提供了有效途径。