[发明专利]一种便携式油纸绝缘老化状态拉曼光谱诊断装置及方法

说明书

一种便携式油纸绝缘老化状态拉曼光谱诊断装置及方法，所述装置包括阻尼隔振光学平台(1)、激光器(5)、光路系统(4)、相机(6)、物镜(7)、可调载物台(9)、比色皿(8)、光谱仪(3)、CCD(2)与计算机(10)，激光由激光器(5)发出，通过光路系统(4)经物镜(7)聚焦到样品上，配合相机(6)观察聚焦情况；聚焦时通过可调载物台(9)调节样品与物镜(7)的距离，将激光聚焦到由比色皿(8)装盛的待测样品中，激发样品稳定的拉曼散射信号；样品的拉曼散射光通过光路系统(4)被光谱仪(3)与CCD(2)采集，再传入到计算机(10)进行显示、分析、存储。该诊断装置和方法适合变压器油纸绝缘老化监测的原位检测新方法，提升了变压器油纸绝缘老化在线监测水平。

技术领域

本发明属于电气设备绝缘在线监测与故障诊断领域，具体涉及油纸绝缘老化状态的拉曼光谱诊断装置及方法

背景技术

油纸绝缘设备运行老化的过程中，绝缘油和绝缘纸会发生分解并产生CO、CO、糠醛、甲醇、丙酮等反映老化程度的物质并溶于油中，使绝缘油中含有大量能够反映绝缘老化状态的信息，分析油中老化特征量，进而准确诊断油纸绝缘材料老化程度，可以为油浸式变电设备的全寿命周期管理提供依据，是提高设备利用率、降低设备检修费用、提升设备运维智能化以及保证电网安全生产的关键问题之一。现有的油纸绝缘老化状态诊断仍然主要参考糠醛、丙酮、聚合度等单一老化特征参量的阈值或者基于油中溶解气体分析法，其计算过程十分复杂且诊断准确度有待提高，尚未形成能够对运行油纸绝缘设备老化状态进行现场诊断的有效方法。另一方面，检测(带电或离线) 不同油中溶解的绝缘老化特征物还停留在用不同的设备分析不同特征物的水平，而且大多需要从油中分离或萃取出特征物后，由人工在试验室分析完成，所需设备繁多、检测程序复杂、不能实现油中原位检测。针对这种现状，本项目提出一种全新的油纸绝缘老化拉曼光谱诊断方法。

拉曼光谱法是基于光谱的拉曼效应的一种光谱分析方法，不同物质由于结构、性质、含量的不同，在受到激光照射时将会产生不同的拉曼信号，从而实现物质特征的分析。在油纸绝缘的老化过程中，油中的物质种类繁多且不断发生一系列复杂的化学变化，拉曼光谱技术恰恰能够体现这一复杂过程，虽然在此领域鲜有研究，但其确是油纸绝缘老化监测中一种极具潜力的技术手段。

发明内容

本发明基于拉曼光谱检测原理对变压器绝缘油进行原位检测，利用滤光片、分光镜、反射镜的组合缩小装置体积，配合其他光路系统组件实现激光的聚焦与变压器油样品拉曼散射光的收集，检测所需量少，是一种适合变压器油纸绝缘老化监测的原位检测新方法，是目前迫切需要解决的问题，对提升变压器油纸绝缘老化在线监测水平具有重要的学术价值和实际意义。

一种便携式油纸绝缘老化状态拉曼光谱诊断装置，所述装置包括阻尼隔振光学平台1、激光器5、光路系统4、相机6、物镜7、可调载物台9、比色皿8、光谱仪3、CCD 2与计算机10，激光由激光器5发出，通过光路系统4经物镜7聚焦到样品上，配合相机6观察聚焦情况；聚焦时通过可调载物台9调节样品与物镜7的距离，将激光聚焦到由比色皿8装盛的待测样品中，激发样品稳定的拉曼散射信号；样品的拉曼散射光通过光路系统4被光谱仪3与CCD 2采集，再传入到计算机10进行显示、分析、存储。

优选地，将激光聚焦到由比色皿8装盛的待测样品表面下方1-2mm处。所述装置以反射方式从样品中收集拉曼散射光信号。所述可调载物台9为压电陶瓷纳米可调载物台，x、y、z 3轴可调。所述相机6带有照明装置，在调整聚焦时用于照明，以便观察激光在样品表面的聚焦情况，保证准确聚焦。所述物镜7为长焦物镜。所述激光器5为 785nm波长超连续谱激光器，连续输出功率达到400mW，功率稳定性<1％。所述光谱仪3 的焦长为100mm，配有600g/mm、750nm闪耀光栅单色仪。所述光路系统4包括多个反射镜411-414、多个分光镜431-432以及滤光片42。所述比色皿8装盛待测样品后封口。