[发明专利]一种基于太赫兹波光子晶体光纤的变压器油溶解气体监测方法

说明书

所属技术领域

本发明属于电子仪器设备领域，具体涉及一种基于太赫兹波光子晶体光纤的变压器油溶解气体监测方法。

背景技术

变压器是发电厂和用户之间最重要的纽带，也是各电网等级之间的枢纽，是电力系统中的重要电气设备之一，其运行状况直接影响电能的正常输送。为确保变压器的安全运行，从20世纪50年代开始，发展了多种技术来监测和诊断变压器，电力变压器油中溶解气体分析(DGA)是监测和诊断油浸式电力变压器早期故障及预防灾难、事故的最有效的方法之一，已列为油浸变压器32项预试项目的第1位。DGA主要通过监测在电力变压器运行过程中，由于电和热的故障、绝缘纸的分解、分接开关油室向主油箱渗漏、设备油箱带油补焊和潜油泵出故障、变压器油中含水和本体受潮等原因导致变压器油中出现的H₂、CO、CO₂、CH₄、C₂H₂、C₂H₄和C₂H₆等各种气体浓度，来判断变压器的运行状况，预防事故的发生。

现有DGA检测方法与技术主要有：(1)基于色谱监测技术，这种方式操作繁琐、周期长、对油中溶解气体的发展趋势测量代价高等缺点，其检测结果难以准确和及时地反映设备的当前工作状况。(2)基于热导池检测器(TCD)和氢火焰检测器，虽然这两种检测器技术都比较成熟，但都存在体积大、成本高、灵敏度低、反应时间长等缺点；(3)基于微机电传感技术(MEMS)的TCD构成的气体在线监测系统，虽然具有反应时间短和体积小等特点，但灵敏度不高；(4)基于燃料电池技术的检测仪，灵敏度有所提高，但系统累积效应大，使用时间越长，误差越大；(5)基于红外傅里叶光谱技术的监测仪，不能检测H₂；(6)基于光声光谱技术检测仪，检测灵敏度高，但对现场的环境有比较高的要求，故其应用仍然需要解决大量的工程问题。

表1目前DGA的常用的几种检测方法灵敏度对比

由于现有DGA监测方法普遍存在体积大、成本高、操作复杂或灵敏度差等方面存在许多不足，不利于DGA监测设备的大规模应用，因此，有效克服以上缺点的基于太赫兹波光子晶体光纤的DGA监测方法的成功研制和推广应用必将有相当好的社会和经济效益。

发明内容

为了克服现有DGA监测方法普遍存在体积大、成本高、操作复杂或灵敏度差等方面存在许多不足，本发明提供一种新型的监测方法，该方法不仅解决了以上问题，而且具有较高的分辨率和较高的精确度。

本发明解决其技术路线所采用的技术方案是：

根据气体光谱吸收理论，气体分子只能吸收某些能量正好等于气体分子两个能级之差的光子。这就使得不同分子结构的气体由于其分子结构、能级的不同而吸收不同频率的光子，即气体分子的选择吸收。将待测气体的光吸收谱对应频率的单色光入射到待测气体中，然后检测被待测气体吸收后剩余的光波强度，最后采用Beer-Lambert定律和气体光谱吸收理论计算待测气体中特定气体的浓度。本发明采用激光器、光子晶体光纤光栅和THz波空芯光子晶体光纤构成光学单元，结构轻便、体积小、成本低且灵敏度高；由于采用光栅分光，因而得出气体浓度的速度远远高于色谱监测技术，且本发明可直接读出气体浓度，操作方式简便，操作人员仅需简单培训即可操作，无需专业知识。

本发明提供一种基于太赫兹波光子晶体光纤的变压器油溶解气体监测方法，由以下部分组成：

一：油气分离与控制单元

由于电和热的故障、绝缘纸的分解、分接开关油室向主油箱渗漏、设备油箱带油补焊和油泵出故障、变压器油中含水和本体受潮等原因，油浸电力变压器的油中会出现的H₂、CO、CO₂、CH₄、C₂H₄、C₂H₄和C₂H₆等各种气体，油气分离主要将油浸电力变压器中的油和气体分离，并将气体送人光学单元。具体过程如下：

(1)用油泵将油浸电力变压器中的油，通过油过滤器过滤油中微小物质后，流入到油气分离器，分离后将剩余油通过油缓冲器减速后送回到油浸电力变压器，将气体送入气体进样器。

(2)通过油气分离器的气体存储在气体进样器中，由数据采集和控制模块控制气体均匀地离开气体进样器进入光学单元。保证气体的均匀是气体浓度监测准确性因素之一。

二：光学单元