變壓器油中溶解氣體光反饋V型腔增強(qiáng)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(yùn)行直接影響目前大電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。運(yùn)行變壓器油中溶解氣體分析是目前國內(nèi)外公認(rèn)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(yùn)行變壓器油中溶解氣體在線或帶電分析是實(shí)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(bào)、誤報(bào)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(xiàng)子課題（2012YQ16000705）和英國工程與自然研究理事會聯(lián)合培養(yǎng)項(xiàng)目（EP/E018297/1），開展了基于光反饋 V型腔增強(qiáng)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(jī)理及基于 V型增強(qiáng)腔的氣體檢測靈敏度提高機(jī)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、
　　①研究了基于吸收光譜法的氣體檢測基本原理，確定了實(shí)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(qiáng)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(dòng)能級、振動(dòng)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(qiáng)度的機(jī)理；認(rèn)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。
　?、诜治隽俗儔浩饔椭腥芙釩2H2、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(qiáng)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(qiáng)吸收譜線位置及其吸收線強(qiáng)度；分析了溫度對吸收譜線強(qiáng)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(qiáng)腔中頻率鎖定、激光譜線變窄等問題；設(shè)計(jì)、構(gòu)建了變壓器油中溶解氣體光反饋V型腔增強(qiáng)吸收光譜檢測平臺

5、，論證了V型增強(qiáng)腔的檢測靈敏度、準(zhǔn)確度的提高機(jī)理，推導(dǎo)了基于歸一化吸收系數(shù)的光反饋 V型腔增強(qiáng)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(dòng)控制、V型增強(qiáng)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(shí)間檢測等軟件模塊。
　?、芙沂玖斯夥答?V型腔增強(qiáng)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(qiáng)增大的檢測靈敏度提高方法；實(shí)現(xiàn)了C2H2、CH4、C2H4、C2H6、CO和CO2的高準(zhǔn)確度、高靈敏度測量；實(shí)現(xiàn)了基于光反饋 V型腔增強(qiáng)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(jī)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(qiáng)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(qiáng)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(shí)現(xiàn)基于光反饋V型腔增強(qiáng)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)