[发明专利]基于红外光谱吸收的变压器油中溶解气体检测装置

说明书

技术领域

本发明属于电力设备检测技术领域，尤其涉及一种基于红外光谱吸收的变压器油中溶解气体检测装置。

背景技术

变压器是电力系统中的重要电气设备之一，一旦变压器发生故障，将会带来严重后果。油中溶解气体分析是诊断油浸式大型电力变压器潜伏性故障最有效的方法之一。变压器油中溶解气体分析技术基于油中溶解气体类型与内部故障的对应关系，采用气相色谱仪分析溶解于油中的气体，根据气体的组成和各种气体的含量判断变压器内部有无异常情况，诊断其故障类型、大概部位、严重程度和发展趋势，通过油中气体分析，对早期诊断变压器内部故障和故障性质提出针对性防范措施、实现变压器不停电检测和早期故障诊断等安全生产要求的满足都具有极为重要的指导意义。采用故障特征气体在线监测手段可以克服传统离线试验周期长，从取样、运送到测量环节多，操作繁琐的缺点，能在线持续监测气体组分，贮存长期的检测结果，提供完整的趋势信息，对及时发现潜在故障，确定变压器的维护周期，进行寿命预测，实现状态检修具有决定性的作用。

红外光谱吸收是进行气体成分检测的一种重要方法，其理论基础是Lambert-Beer定律(朗伯比尔定律)，即光被透明介质吸收的比例(入射光与透射光之比的对数)与入射光的强度无关，其吸光度与吸光物质的浓度及吸收层厚度成正比。因此，根据光通过气体时的光强衰减情况就可以计算出气体浓度。红外光谱吸收方法存在一些优点：纯光学测量，不需要将光信号转化为声信号，避免了振动噪音信号干扰；可以内置于变压器中，降低了响应时间；测量影响因素少，抗干扰能力强。

气体光声光谱法是通过检测气体分子对激光光子能量的吸收来定量分析气体的浓度，它属于测量吸收的气体分析方法，相对于直接测量光辐射能量的检测方法增加了把热能变成声音信号的过程，也属于热测定的方法。如果把光源用某种声频进行调制，在一个特制的光声池中就可以通过微型拾音器探测到与频率相同的声音信号，这就是待测的物质光声信号。如将光声光谱法应用于变压器油中气体含量在线监测，具有检测灵敏度高，需要的样气极少，从而大大地减少油气分离时间，缩短了测量周期；对比傅立叶红外光谱法，除了常规的烃类气体外，还能检测氢气，且测量精度更高；无需任何载气，方便设备的维护；无需定期标定；无需预热、检测时间快；稳定性好，使用寿命长等。

现有红外光谱吸收方法也存在一些缺点：

①红外光谱吸收方法的气池体积超微气池的体积达到100mL。

②在特征吸收谱线的选择上，傅立叶红外光谱受气池长度的限制，只有在较强的特征吸收处进行测量，才能获得足够的灵敏度，因而，有时不得不在气体特征吸收的重叠处测量，存在交叉敏感问题。

③红外探测器依靠对光子的检测和分析实现气体传感，测量灵敏度低。

气体光声光谱法尽管有诸多优点，但现场应用发现光声光谱也存在以下若干缺点：

①需要使用渗透膜或抽真空取气的方式将气体从油中分离出来，需要将油引到变压器外，响应时间长，存在有污染的风险。

②需要使用微音器这种电子设备，因此测量传感器无法内植于变压器中，延长了响应时间，不能进行气体定位。

③光声光谱技术通过微小声音检测实现气体浓度传感，变电站现场噪音较高，光声光谱法最低检出限制受到影响。

④温度、背景气体类型以及光声池的品质因数都会影响光声光谱法测量结果，限制测量精度。

发明内容

为了克服现有光学监测手段存在的缺陷，以满足电力变压器内部油中溶解气体监测的特殊要求，本发明提出了一种基于红外光谱吸收的变压器油中溶解气体检测装置。

该装置由光源系统单元、传感布置单元、检测采集分析单元组成；其中，光源系统单元由大功率超连续谱宽带光源、光源控制器和光开关组成，传感布置单元由氢气传感支路和多气体传感支路在油浸式电力变压器腔体内布置而成，检测采集分析单元由波长解调装置、光强探测器或光谱仪和数据采集与分析装置组成；

光源控制器分别与大功率超连续谱宽带光源和光开关相连，大功率超连续谱宽带光源通过单模光纤与光开关相连，光开关分别与氢气传感支路和多气体传感支路相连，氢气传感支路通过波长解调装置与数据采集与分析装置相连，多气体传感支路通过光强探测器或光谱仪与数据采集与分析装置相连。

所述氢气传感支路由多个分布在油浸式电力变压器腔体内的氢气传感器通过单模光纤串联而成；氢气传感器为在表面上涂覆有氢敏材料的光纤布喇格光栅，氢敏材料包括金属钯或钯的合金。

所述多气体传感支路包括：单模光纤和环形衰荡腔，环形衰荡腔通过单模光纤与光开关和光强探测器连接。