GIS开关SF6分解气体CO浓度便携式激光检测技术研究

摘要

气体开关绝缘设备(GIS)广泛应用在高压电网中，是确保电网安全运行的关键输变电设备。当发生放电或过热时，GIS设备中绝缘气体SF6以及有机绝缘材料会产生分解，CO气体是GIS开关设备内部发生局部放电、过热等故障时的分解物特征组分之一，监测特征组分CO的浓度，可为GIS开关的运行状态和故障分析提供依据。因此，开展基于TDLAS技术的分解气体CO浓度现场检测技术研究具有十分重要的意义。
　　论文研究了GIS开关绝缘气体SF6和有机绝缘材料分解物的特征组分、检测方法，分析了分解气体CO在运行状态、故障分析方面的作用;研究了气体分子吸收光谱强度、线型、线宽等基本特性和CO吸收光谱特征，详细讨论了CO测量谱线选择和可调谐激光器波长扫描特性;研究了基于吸收光谱学原理的CO浓度检测技术;针对GIS开关SF6分解气体CO现场检测的需求，设计了抽取式样气的检测方案，详细讨论了系统组成、信号检测方法等问题。研究了激光器温度控制特性和电流驱动特性，设计了温控电路和电流驱动电路，实验研究了温度控制精度、电流驱动控制电路稳定性以及激光器输出长期稳定性。设计了系统双光路平衡探测电路，实现了测量通道与参考通道的差分放大，提高了检测灵敏度。搭建了CO浓度便携式现场检测实验系统，开展了不同浓度CO气体的测量实验，研究了测量谱线的处理算法和浓度反演结果的线性度。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 GIS绝缘气体分解产物与故障诊断

1．2 SF6气体分解产物的检测技术

1．3 TDLAS技术CO浓度测量研究现状

1．4 本文内容

第2章 检测原理与现场检测系统方案设计

2．1 气体分子的吸收光谱理论

2．1．1 气体分子的运动形式

2．1．2 气体分子吸收谱的位置

2．1．3 气体分子吸收光谱强度

2．1．4 气体分子的吸收线型和线宽

2．2 CO的吸收谱线选择

2．3 DFB可调谐半导体激光器的基本特性

2．4 CO浓度测量原理及技术

2．4．2 CO浓度测量的技术介绍

2．5 GIS开关气体分解物CO浓度现场检测系统方案设计

2．6 本章小结

第3章 DFB激光器控制驱动电路设计

3．1 激光器温度控制原理

3．1．1 TEC的原理和性能

3．1．2 温度传感器的工作原理

3．1．3 温度控制器原理

3．2 温度控制电路设计

3．2．1 温度设置电路

3．2．2 TEC极限电流设置及开关保护电路

3．2．3 偏置电流、PI参数的设置及温度监测

3．3 电流驱动电路设计

3．4 电路调试

3．4．1 温度控制电路的PCB板调试

3．4．2 电流驱动电路的PCB板调试

3．5 激光器控制驱动电路实验研究

3．5．1 温度控制电路的温度设置

3．5．2 PI参数设置及对温度控制的影响

3．5．3 温度控制器精度

3．5．4 电流驱动电路稳定性

3．5．5 激光器控制驱动电路长期稳定性

3．6 本章小结

第4章 平衡探测电路设计

4．1 平衡探测技术方案

4．2 前置放大及二级放大电路

4．2．1 电路的带宽

4．2．2 电路的噪声水平

4．3 运算及放大电路

4．4 电路的散粒噪声

4．5 电路的调试

4．6 本章小结

第5章 SF6分解气体CO测量实验分析

5．1 测量实验方案

5．1．1 激光器的调谐特性和扫描范围

5．1．2 气体检测过程

5．2 气体浓度反演算法

5．2．1 气体吸收系数计算

5．2．2 浓度反演算法

5．3 CO浓度测量实验结果与分析

5．3．1 不同浓度下的测量谱

5．3．2 模拟谱与数字谱比较

5．3．3 测量谱浓度反演结果

5．3．4 测量系统最低检测限

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果