變壓器油中溶解氣體光反饋V型腔增強吸收光譜檢測研究.pdf

1、大型油浸式電力變壓器特別是特高壓電力變壓器作為輸變電系統(tǒng)中的樞紐設(shè)備，其安全運行直接影響目前大電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。運行變壓器油中溶解氣體分析是目前國內(nèi)外公認的判斷油浸式電力變壓器早期潛伏性故障最有效的方法之一；運行變壓器油中溶解氣體在線或帶電分析是實現(xiàn)變壓器狀態(tài)檢修的關(guān)鍵。針對目前變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測方法存在的穩(wěn)定性差、故障率高、易漏報、誤報等現(xiàn)狀，國家電網(wǎng)公司已經(jīng)對變壓器油中溶解氣體帶電檢測技術(shù)的研究和應(yīng)用提出了明確的要求。論文

2、結(jié)合國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項子課題（2012YQ16000705）和英國工程與自然研究理事會聯(lián)合培養(yǎng)項目（EP/E018297/1），開展了基于光反饋 V型腔增強吸收光譜技術(shù)的變壓器油中溶解氣體檢測研究；深入研究了基于吸收光譜技術(shù)的微量氣體檢測機理及基于 V型增強腔的氣體檢測靈敏度提高機制，搭建了變壓器油中溶解氣體吸收光譜檢測平臺，研究了C2H2、CH4、C2H4、C2H6、CO、CO2和H2的氣體檢測特性。取得的創(chuàng)新性成果主要有：

3、
　?、傺芯苛嘶谖展庾V法的氣體檢測基本原理，確定了實現(xiàn)氣體定性、定量分析的四要素：吸收譜線位置、吸收譜線強度、譜線線型及有效吸收路徑；從雙原子分子、多原子分子的轉(zhuǎn)動能級、振動能級、振轉(zhuǎn)能級出發(fā)，分別針對偶極矩躍遷耦合作用及電四偶極矩躍遷耦合作用，探究氣體分子可能存在的吸收譜線位置及其相對線強度的機理；認為H2具有針對電四極偶極矩躍遷的吸收譜線，論證了H2吸收光譜檢測的可行性。
　　②分析了變壓器油中溶解C2H2、CH4、

4、C2H4、C2H6、CO、CO2和H2等7種故障特征氣體的吸收線位置、吸收線強度、吸收線半高寬等相關(guān)光譜參數(shù)，獲得了各氣體的最強吸收譜線位置及其吸收線強度；分析了溫度對吸收譜線強度、吸收譜線半高寬、氣體分子密度等參數(shù)的影響；確定了變壓器油中溶解氣體的特征吸收譜線（在某氣體特征譜線處，有且只有該種氣體具有吸收效應(yīng)）。
　?、厶骄苛薞型增強腔中頻率鎖定、激光譜線變窄等問題；設(shè)計、構(gòu)建了變壓器油中溶解氣體光反饋V型腔增強吸收光譜檢測平臺

5、，論證了V型增強腔的檢測靈敏度、準(zhǔn)確度的提高機理，推導(dǎo)了基于歸一化吸收系數(shù)的光反饋 V型腔增強吸收光譜氣體定量分析方法，分析了量子級聯(lián)激光器及其驅(qū)動控制、V型增強腔、壓電陶瓷位移器、紅外探測器、配氣系統(tǒng)等硬件的選擇、功能及其調(diào)試過程；構(gòu)建了平臺的數(shù)據(jù)采集、Savitzky-Golay去噪、壓電陶瓷位移器調(diào)控的頻率鎖定、歸一化峰值提取、腔衰蕩時間檢測等軟件模塊。
　?、芙沂玖斯夥答?V型腔增強吸收光譜 C2H2、CH4、C2H4、C

6、2H6、CO、CO2和H2陣列檢測平臺的光反饋電流閾值降低與偶數(shù)、奇數(shù)一階縱向模效應(yīng)；測試了C2H2、CH4、C2H4、C2H6、CO、CO2和H2的吸收光譜檢測特性;引入了基于光譜分辨率增加及最小二乘法回歸分析的檢測準(zhǔn)確度提高方法；引入了基于阿倫方差分析及氣體檢測壓強增大的檢測靈敏度提高方法；實現(xiàn)了C2H2、CH4、C2H4、C2H6、CO和CO2的高準(zhǔn)確度、高靈敏度測量；實現(xiàn)了基于光反饋 V型腔增強吸收光譜技術(shù)的H2高準(zhǔn)確度定量分析

7、。
　　綜上，論文研究了吸收光譜氣體檢測機理及其檢測靈敏度提高方法，從原子結(jié)構(gòu)層面分析了C2H2、CH4、C2H4、C2H6、CO、CO2和H2的吸收譜線位置及線強度，確定了各氣體的特征吸收譜線。在此基礎(chǔ)上，搭建了變壓器油中溶解氣體的光反饋V型腔增強吸收光譜檢測平臺，研究了C2H2、CH4、C2H4、C2H6、CO、CO2和H2氣體的吸收光譜檢測特性，為實現(xiàn)基于光反饋V型腔增強吸收光譜技術(shù)的變壓器油中溶解氣體帶電檢測提供了理論依據(jù)