基于近红外激光光声光谱分析的变压器DGA技术研究

摘要

为保障电网安全、可靠和经济地运行，需要对大型浸油变压器的健康状况进行连续的在线监测。变压器油中溶解气分析(DGA)是诊断变压器潜伏性故障最为有效的方法。本文通过集成近红外宽带可调谐光纤激光器、共振式光声池，结合波长扫描和频率调制技术构成的多组分气体光声监测系统，实现了对C2H2、H2O、CO和CO2等变压器故障特征气体的同时测量，检测极限灵敏度分别达到4ppb、19ppm、39ppm和34ppm。
　　本文把多组分气体光声监测系统应用于变压器DGA技术的过程中，在油气分离方法上进行了尝试。首先采用了机械性能和渗透效果俱佳的陶瓷膜管进行油气分离，接着在传统顶空法的基础上进行了改进，并通过实验比较了两种方法的脱气效果。结果表明相对于传统的有机薄膜法，新型顶空法和陶瓷膜透气法均有明显的优势，平衡时间接近3小时和4小时。 基于近红外光声检测系统，建立了变压器DGA检测平台，包括了模拟变压器高压放电装置、油气分离装置、油循环、气循环和相关控制系统等。整套系统可以通过模拟变压器高压放电来产生C2H2等气体，对不同放电量下的乙炔产率做了定量的测量。为了验证该实验平台的可行性，最后通过向油中通已知标准气来模拟变压器故障产气。实验结果表明，该光声检测系统和模拟实验平台可用于变压器DGA多气体在线监测研究，展现出了光声光谱技术应用于变压器DGA监测的优势与前景，实现真正意义的连续、实时在线高灵敏度测量。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景与研究意义

1．2 变压器绝缘油中溶解气体在线监测

1．2．1 油中溶解气体在线监测技术概述

1．2．2 变压器在线DGA监测技术的类别

1．3 光声光谱气体检测技术发展概述

1．3．1 光声光谱气体检测技术发展

1．3．2 光声光谱激励光源的发展

1．3．3 光声光谱在线DGA仪器研究现状

1．4 论文结构和主要内容

2 近红外光声光谱检测理论

2．1 气体红外吸收光谱

2．2 光声信号的产生

2．3 光声信号的检测

2．4 波长调制与谐波检测

3 变压器油中溶解气体的产生与油气分离

3．1 变压器油中溶解气体

3．1．1 变压器绝缘油的成分及油中溶解气体来源

3．1．2 变压器故障产气机理及与油中溶解气体的关系

3．1．3 故障气体浓度与光声信号幅值的关系

3．2 油气分离关键技术

3．2．1 薄膜透气法

3．2．2 顶空平衡法

4 光声光谱多组分气体检测的实现

4．1 检测系统组成

4．1．1 激励光源

4．1．2 一阶纵向共振光声池

4．1．3 配气系统

4．1．4 基于LabVIEW的数据采集和控制系统

4．2 多组分气体光声光谱检测的实验与分析

4．2．1 吸收线的选择

4．2．2 四种DGA特征气体的实验与分析

5 变压器DGA检测系统的研究与应用

5．1 变压器DGA检测实验平台的搭建

5．1．1 变压器高压放电装置

5．1．2 油气分离装置

5．1．3 循环和控制系统

5．1．4 最终实验平台

5．2 脱气效果测试

5．3 变压器DGA实验结果及分析

5．3．1 高压放电的乙炔产气量

5．3．2 多气体光声DGA检测

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢