[发明专利]一种变压器油中溶解气体的在线检测方法

说明书

 

技术领域    

    本发明涉及一种变压器油中溶解气体的在线检测方法，属激光光谱测量技术领域。

背景技术    

变压器是电力系统重要的设备，其是否安全可靠地运行决定了整个供电网络的正常运转。实时检测大型变压器的状态，以便尽早排除其可能的故障，是保障电网正常运转的重要手段。变压器油对保证变压器正常运行至关重要，其在变压器运行时起散热作用，对变压器绕组起绝缘作用，在高压接点处起消弧作用。

变压器常见隐性故障有热故障及放电故障两类，在这两类故障中都会导致绝缘介质裂解，产生各种气体。变压器油过热时，由电晕放电及电弧放电等，会产生的不同比例的各种气体，包括氢气、一氧化碳、甲烷、乙烯、乙烷等。其中氢气、一氧化碳浓度随温度变化明显，在线检测变压器油中的氢气、一氧化碳对判断变压器早期故障行之有效。

目前比较通用的变压器油中溶解气体的方法是定期取油样，离线到化验室进行脱气及分析，无实时性，不能及时发现故障。此外其在取样、运输、脱气、试验过程中主要靠人工操作，也容易引起误差。

公告号CN102539338B公开了一种运用光声光谱进行变压器油中气体含量在线监测的系统，采用光谱法利用气体吸收光子能量的光谱特性，采用非相干宽光源，提供范围较宽的波长检测多种气体。

 

发明内容    

为了克服传统离线测量方法无法实时测量的缺点，本发明公开一种变压器油中溶解气体的在线检测方法，依据变压器油中分离出的气体的实时激光诱导等离子体及激光拉曼光谱特性，可对变压器油中溶解气体进行定性分析。

实现本发明的技术方案是，本发明采用在线变压器油中溶解气体的检测系统检测；由激光诱导等离子体光谱（LIBS）分析油中溶解气体的元素构成，由激光拉曼光谱（LRS）分析气体分子的原子构成，达到气体分析。

本发明在线变压器油中溶解气体的检测系统包含气体分离部分、光学部分及在线控制及分析部分组成。

气体分离部分包括气体渗透膜、电磁阀门、气泵及气室等。

光学部分包括脉冲固体激光器、窄线宽连续激光器、传光光纤、信号采集光纤、光谱分析仪及其它辅助光学元件等。

在线控制及分析部分包括分时控制器、瑞利滤光片控制器、阀门控制器、气泵控制器、电脑主机及控制及光谱分析软件等。由激光诱导等离子体光谱（LIBS）分析油中溶解气体的元素构成，由激光拉曼光谱（LRS）分析气体分子的原子构成，达到气体分析。

变压器油箱开一小口，进口处密封气体渗透膜，气体渗透膜的作用为透过气体，不透过油。安装电磁阀门以供开关。气室里开孔穿过传光光纤及信号采集光纤，然后开孔周围密封。

需要检测时，由气泵控制器开启气泵抽空气室，然后阀门控制器开启电磁阀门。由气体渗透膜透出的气体充入气室。分时控制器启动脉冲固体激光器，其发出的激光脉冲透过分束镜，再经耦合透镜耦合进传光光纤中，通过气室里传光光纤另一端端面的聚焦透镜会聚到焦点上，激发该点处气体产生等离子体，等离子体辐射经气室里信号采集光纤端面处的透镜耦合进信号采集光纤，然后进入光谱分析仪，由光谱分析仪中的色散光学元件及光电探测器得到LIBS光谱，并传输到电脑主机，由光谱分析软件进行LIBS光谱分析，得到非金属元素的组成。下一步，由瑞利滤光片控制器控制瑞利滤光片切入光谱分析仪光路，再由分时控制器启动窄线宽连续激光器，其发出的连续激光经分束镜反射，再经耦合透镜耦合进传光光纤中，通过气室里传光光纤另一端端面的聚焦透镜会聚到焦点上，激发该点处气体产生拉曼散射，后向散射拉曼信号经气室里信号采集光纤端面处的透镜耦合进信号采集光纤，然后进入光谱分析仪，先由瑞利滤光片去除瑞利散射信号，然后由光谱分析仪中的色散光学元件及光电探测器得到拉曼光谱，并传输到电脑主机，由光谱分析软件进行拉曼光谱分析，得到气体原子间的化学键形式，进而分析气体分子的原子构成。

本发明方法采用同一传光光纤分时进行LIBS及LRS激光传输；采用同一信号采集光纤分时进行LIBS及LRS信号采集，并耦合进同一光谱分析仪，光谱分析仪中的瑞利滤光片进行分时控制，只在LRS信号采集时段切入光路。

综合两种光谱分析结果，可得到气体的种类，并根据两种谱线的强度推断出元素的组成浓度，完成在线变压器油中溶解气体的在线检测。