[发明专利]一种变压器油中溶解故障特征气体的原位检测方法

说明书

技术领域

本发明属于电气设备的故障诊断技术领域，具体涉及一种变压器油中溶解故障特征气体的原位检测方法。

背景技术

运行变压器绝缘油及绝缘纸在电、热、环境等多种因素作用下会发生分解并产生各种反映故障性质和绝缘性能的气体，如乙烯、乙炔、二氧化碳等，并溶于绝缘油中。油中溶解故障特征气体分析是目前国内外公认的判断变压器早期潜伏性故障最有效的方法之一。准确检测油中溶解的微量故障特征气体对确保大型变压器安全可靠运行具有非常重要的意义。然而目前常用的气相色谱法、质谱法、半导体气敏传感器法、红外吸收光谱及光声光谱法都必须首先进行油气分离，是造成目前故障特征气体在线监测设备误差大、多误判和漏判的主要原因之一。因此，研究一种灵敏度和准确度高、且同时适合油中多种故障特征气体含量同时检测的方法，是目前亟需解决的问题，对提升变压器油中溶解故障特征气体在线监测水平具有重要的学术价值和实际意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种变压器油中溶解故障特征气体的原位检测方法，所述方法无需进行油气分离操作，准确度高，操作简单，可直接检测变压器油中溶解的多种故障特征气体浓度，提高故障预判的准确性。

为实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：一种变压器油中溶解故障特征气体的原位检测方法，所述方法包括以下步骤：

1)建模：配置溶解有乙烯、乙炔、二氧化碳的标准油样，使用波长为532nm的单一频率单模基横模(TEM₀₀)激光照射标准油样，通过第一高通滤镜和空间滤波单元后，再通过第二高通滤镜和透镜，经拉曼光谱采集装置获得标准油样的拉曼光谱谱图，以浓度为横坐标，峰面积为纵坐标，分别建立乙烯、乙炔和二氧化碳的定量分析模型，所述的空间滤波单元由两片焦距相同的消色差透镜和设置在所述两消色差透镜共同焦点位置的针孔装置组成，所述的针孔装置的针孔直径为10-50μm；

2)测定：同步骤1)标准油样的拉曼光谱谱图测定方法获得待测变压器油样的拉曼光谱谱图，根据步骤1)的定量分析模型获得待测油样中乙烯、乙炔和二氧化碳浓度。

根据本发明的原位检测方法，步骤1)中所述的溶解有乙烯、乙炔、二氧化碳的标准油样的制备方法为将乙烯、乙炔和二氧化碳通入变压器新油中，溶解后用高精度气相色谱仪测定标准油样中的乙烯、乙炔和二氧化碳浓度。

根据本发明变压器油中溶解故障特征气体的原位检测方法，其特征在于：步骤1)中所述的溶解有乙烯、乙炔、二氧化碳的标准油样，乙烯的浓度为0-30uL/L，乙炔的浓度为0-10uL/L，二氧化碳的浓度为0-500uL/L；如一系列乙烯浓度为0uL/L、10uL/L、15uL/L、20uL/L、25uL/L、30uL/L，乙炔浓度为0uL/L、2uL/L、4uL/L、6uL/L、8uL/L、10uL/L，二氧化碳浓度为0uL/L、100uL/L、200uL/L、300uL/L、400uL/L、500uL/L的标准油样。

根据本发明的原位检测方法，步骤1)中所述的第一高通滤镜和第二高通滤镜截止波长不小于532nm；优选地，步骤1)中所述的第一高通滤镜和第二高通滤镜截止波长不小于533nm；进一步优选地，步骤1)中所述的第一高通滤镜和第二高通滤镜截止波长为533nm。

根据本发明的原位检测方法，步骤1)中所述的针孔装置的针孔直径为10-50μm，且可以根据需要在10-50μm范围内进行微调，进一步提高拉曼光谱的信噪比，降低变压器油中溶解气体的拉曼光谱检测极限。

根据本发明的原位检测方法，步骤1)中所述透镜的焦距小于第二高通滤镜与光谱采集装置之间的距离。

根据本发明的原位检测方法，步骤1)中所述的拉曼光谱采集装置包括光谱仪与CCD图像控制器。

根据本发明的原位检测方法，步骤1)中所述的定量分析模型是以乙烯、乙炔或二氧化碳的浓度为横坐标，拉曼特征峰面积为纵坐标，利用最小二乘法建立。

所述的拉曼特征峰可以通过测定纯的乙烯、乙炔、二氧化碳拉曼光谱谱图，遵循选取在拉曼光谱仪的检测范围内、相对于附近拉曼谱峰，有较高的强度且相对独立，受其他拉曼谱峰影响小的拉曼谱峰为特征峰的原则获得，如乙烯的拉曼特征峰为1344cm^-1，乙炔的拉曼特征峰为1974cm^-1，二氧化碳的拉曼特征峰为1388cm^-1。

根据本发明的原位检测方法，步骤1)和2)中所述的拉曼光谱谱图的测定条件为激光功率60mW，积分时间10s，狭缝宽度100μm。