[发明专利]一种变压器故障气体的激光‑气相检测方法

说明书

技术领域

本发明属于激光检测领域，具体涉及一种变压器故障气体的激光 -气相检测方法。

背景技术

随着国民经济的发展，用电需求的迅猛增长，电网装机容量和规模的日益增大，无论是发达国家还是发展中国家，电力系统一直都面临着如何安全、优质、经济的供电的严峻考验。由于设备制造技术和工艺的限制以及其运行和维护水平的缺陷，设备故障已经成为了诱发电网故障的主要因素。中国国家电网的调查显示供电系统事故中，有48.15％的事故是由设备故障引起的。其中电力变压器是导致电力系统事故多发的设备之一，作为各枢纽电站的关键设备，高压、超高压的大型变压器的故障通常会影响电网运行的稳定性。因此电力变压器的安全运行对保证供电的安全性、稳定性及减少维修成本等方面都有重大意义。

在气、液两相的密闭体系中，气体对液体的溶解，最终在某一压力、温度下，达到溶解与释放的动态平衡。绝缘油与气体接触时，气体会溶解于油中。气体在绝缘油中的溶解度大小与气体的特性、油的化学组成以及溶解时的温度等因素都有密切的关系。各种气体对绝缘油饱和溶解度与温度的关系可以简单归述：烃类气体的溶解度随分子量增加而增加；气体溶解度与温度的关系是溶解度低的气体有岁温度上升而增加其溶解度的特征，低分子烃类气体及二氧化碳气体在油中的溶解度则随温度升高而下降。

当变压器内部存在潜伏性故障时，热分解产生低的气体是气体分子的形态。如果产气速率很慢，则仍以分子的形态扩散并溶解于周围的油，只要尚未过饱和，就不会有游离气体释放出来；如果产气出来很高的话，分解气体除了一部分溶于油中之外，还会有一部分成为气泡上浮，并在上浮过程中把油中溶解的氧气和氮气置换出一部分。

此外，气体在油中的溶解或释放与机械振动也有关，机械振动将使饱和溶解度降低。

综上所述，表1为不同故障类型的主要和次要特征气体组分。表 2列出了通常已得到公认的变压器油中气体组分与设备内部状况的关系。表1和表2是人们建立油中溶解气体极限值的判据，也是特征气体判断的基本依据。

表1不同故障类型的特征气体组分

Table1 Characteristic gas components of the different type of fault

表2变压器油中气体组分与设备内部状况的关系

Table2 Relationship between the transformer oil gas component and the status inside the device

故，气体的浓度能够快速反应变压器故障

目前主要的变压器在线监测技术按原理分有气相色谱、红外光谱、光声光谱和传感器阵列等。

气相色谱法于1952年由James和Martin提出，目前已成为使用最广泛的气体分离、分析方法。气相色谱在线监测系统一般包括油气分离、色谱柱、传感器(气体组分检测)、数据采集、故障分析几个部分。目前基于气相色谱的在线监测是主要的变压器在线监测方式。

红外光谱技术是基于光的干涉原理或光谱吸收原理，应用光谱分析来直接确定气体的类型和含量的一种方法，具有结构简单、快速、非接触性检测、免载气、不须色谱柱、易维护等特点。

光声光谱法是基于气体的光声效应的一种方法。当光通过密闭容器中的气体时，特定的气体分子吸收特定波长的电磁辐射能量，温度升高，导致压强增大，通过测量灵敏的微音器探测压力波强度来对气体浓度进行定性或定量的分析。

传感器阵列是由多个传感器组成，用于油中溶解气体分析时需要六个气敏传感器，阵列式传感器中六个传感器的输出信号均是对六种气体浓度响应的叠加值，气体传感器的交叉敏感有极其复杂的非线性关系，采用神经网络结构进行反复的离散训练可以建立各气体组分浓度与传感器阵列响应的对应关系，消除交叉敏感的影响，从而实现对混合气体浓度的在线监测。其历史要追溯到1984年美国的Zaromb 与Stetter提出的采用非单一选择性气敏元件阵列进行气体识别与测量的基本理论，同时美国的Carey对多传感器阵列的化学定量分析方法也进行的理论探讨。

目前还未有激光检测技术在这一领域的研究。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足之处，提供一种变压器故障气体的激光-气相检测方法，采用激光-气相色谱技术联用，大大提高了气体检测的检测限、重复性好，稳定性高。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：