变压器油中溶解气体检测装置的制作方法

本实用新型涉及检测仪器领域，特别涉及气体检测装置。

背景技术：

变压器油在热和电的作用下，逐渐老化和分解，会缓慢地产生少量的低分子烃类，在故障处有纤维材料时，还会产生CO和CO₂气体。当变压器内部存在潜伏性的局部过热和局部放电故障时，就会加快产气的速度。一般说来，对于不同性质的故障，绝缘物分解产生的气体不同；而对于同一性质的故障，由于程度不同，所产生的气体数量也不同。所以，根据油中气体的组分和含量，可以判断故障的性质及严重程度。

根据GB/T7252-2001《变压器油中溶解气体分析和判断导则》，可以通过分析油中7种分析组分H₂、C₂H₂、C₂H₄、C₂H₆、CH₄、CO和CO₂的含量来判断并分析故障。通过从油样中分离出这些溶解气体，并利用色谱技术对其进行定量分析。变压器油中溶解的各种气体成分的相对数量和形成速度主要取决于故障点能量的释放形式及故障的严重程度，所以根据色谱分析结果可以进一步判断设备内部是否存在异常，推断故障类型及故障能量等。

变压器内部故障方式主要有机械的、热的和电的三种类型，而又以后两种为主，且机械性故障常以热的或电的故障形式表现出来。运行中变压器的故障主要有过热性故障和高能放电性故障。根据模拟试验和大量的现场试验，电弧放电的电流大，变压器油主要分解出C₂H₂、H₂及较少的CH₄；局部放电的电流较小，变压器油主要分解出H₂和CH₄；变压器油过热时分解出H₂和CH₄、C₂H₄等，而纸和某些绝缘材料过热时还分解出CO和CO₂等气体。其中大电流电弧放电，是变压器运行安全的最大威胁，根据模拟试验和大量的现场试验，大电流的弧放电，变压器油主要分解出C₂H₂、H₂及较少的CH₄，那么对检测变压器油中溶解气体成份中的C₂H₂的含量就能分析判断变压器的行状态，所以对于C₂H₂检测精度要求高。

目前检测变压器油中溶解气体的方主要是气相色谱法，少数采用传统的光声光谱法，还有极少数采用电化学法。气相色谱法需要标气和载气，对工作环境要求比较高，通常是在室内或实验室使用。仪器结构气路连接比较麻烦，需要外接纯N₂高压气瓶作为载气，不便于便携使用和在线监测使用；传统的光声光谱法，只有一套光源系统，对于气体中要求精度较高，对判断变压器起关键作用的C₂H₂气体检出的精度和灵敏度都达不到要求，再者多组分气体间存大交叉干扰，各气体检出的精度和准确度还不能完全满足行业应用的要求，国内也有同时使用两套激光器光源的光声光谱检测装置，但是其只能检测两种气体成份，局限性较差。而且同时使用两激器光源成本上较高，光路结构复杂，也不能满足电力系统变压器检测的要求；电化学方检测气体成份需要同时安装多个传感器，因本传感器本身和化学反应，时间长了会产生信号漂移，使用一段时间需要标定，而且使用寿命短，通常是两年左右，所以此方法基本很少使用。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供变压器油中溶解气体检测装置，其能解决现有检测装置检测气体单一，气体检出的精度和准确度差，不能很好地反映变压器油质量的问题。

本实用新型的目的采用以下技术方案实现：

一种变压器油中溶解气体检测装置，包括用于供电的电源、用于控制的主控制器，还包括斩滤光模组、光声检测器和激光组件；

所述斩滤光模组包括红外光源、斩波器调制盘和滤光盘，所述红外光源用于提供广谱的红外光，所述斩波器调制盘用于将广谱的红外光调制成固定频率，所述滤光盘用于滤光；

所述光声检测器包括光声池，所述光声池的第一面包括第一窗口，所述光声池的第二面包括第二窗口，所述光声池用于使被测气体受到特定波长的光的照射激发下产生光声信号，所述第一窗口用于透过红外光，所述第二窗口用于透过激光；

所述激光组件包括用于发出单波长激光的激光器；

所述红外光源、斩波器调制盘、滤光盘、光声池第一窗口、光声池第二窗口和激光器依次排列。

优选的，所述滤光盘包括5个滤光片和一校准片，所述5个滤光片和一校准片沿所述滤光盘的同心圆位置均匀分布；所述5个滤光片用于分别将红外光过滤成针对5种气体的特定波长，所述校准片用于所述红外光源功率和波长的效准。

优选的，所述红外光源包括返射镜，所述返射镜用于使所述红外光源发出的光聚在一起或成为平行光。

优选的，所述光声检测器包括微音拾音器，所述微音拾音器位于所述光声池的侧面。

优选的，所述光声池的侧面设有进样口和出样口，所述进样口和出样口位于所述光声池的侧面。

优选的，所述斩滤光模组还包括斩滤光控制器，所述斩滤光控制器连接于所述电源和主控制器，所述斩滤光控制器用于控制所述红外光源、斩波器调制盘和滤光盘。

优选的，所述斩滤光模组还包括检测器，所述检测器与所述斩滤光控制器电连接，所述检测器用于检测斩滤后的红外光是否为所需波长。

优选的，所述光声检测器还包括光声信号处理器，所述光声信号处理器与所述微音拾音器和主控制器电连接，所述光声信号处理器用于对所述微音拾音器获取的光声信号进行放大滤波。

优选的，所述激光组件还包括激光控制器，所述激光控制器与所述激光器与主控制器电连接。

优选的，所述变压器油中溶解气体检测装置还包括用于输入的键盘、用于输出的显示器和用于通讯的通讯接口，所述键盘、显示器和通讯接口均与所述主控制器电连接。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：本实用新型所述的变压器油中溶解气体检测装置，激光光源针对对于指标要求高的C₂H₂气体，能避免其它气体的干扰，由于此光源光能量强，检测的精度和灵敏度都很高；还能同时检测变压器溶解气体的其他种成分(如C₂H₄、C₂H₆、CH₄、CO和CO₂)，能满足电力系统对于变器油的检测要求。光路结构相对简单，比双激光光源成本低，检测的气体成分多。

附图说明

图1是本实用新型提供的变压器油中溶解气体检测装置的结构示意图。

图2是光声池的结构示意图。

标记说明：10、电源；20、主控制器；30、斩滤光模组；31、红外光源；311、返射镜；32、斩波器调制盘；33、滤光盘；331、滤光片；332、校准片；34、斩滤光控制器；40、光声检测器；41、光声池；411、第一面；412、第一窗口；413、第二面；414、第二窗口；415、微音拾音器；416、进样口；417、出样口；42、光声信号处理器；50、激光组件；51、激光器；52、激光控制器；60、键盘；70、显示器；80、通讯接口。

具体实施方式

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

如图1所示，变压器油中溶解气体检测装置，包括用于供电的电源10、用于控制的主控制器20，还包括斩滤光模组30、光声检测器40和激光组件50。

斩滤光模组30包括红外光源31、斩波器调制盘32和滤光盘33。其中，红外光源31用于提供广谱的红外光，斩波器调制盘32用于将广谱的红外光调制成固定频率，滤光盘33用于滤光。在本实施例中，滤光盘33包括5个滤光片331和一校准片332，5个滤光片331和一校准片332沿滤光盘33的同心圆位置均匀分布，5个滤光片331用于分别将红外光过滤成针对5种气体的特定波长，校准片332用于红外光源31功率、频率和波长的效准。在本实施例中，红外光源31还包括返射镜311，返射镜311用于使所述红外光源31发出的光聚在一起或成为平行光。

斩滤光模组30还包括斩滤光控制器34，斩滤光控制器34连接于电源10和主控制器20，斩滤光控制器34用于控制红外光源31的开关、斩波器调制盘32的斩波频率和滤光盘33的对应滤光片331；斩滤光控制器34也可以根据校准片332的反馈结果调节红外光源31功率、频率和波长。在另一实施例中，斩滤光模组30还包括检测器(图未示)，检测器与斩滤光控制器34电连接，检测器用于检测斩滤后的红外光是否为所需波长，如不符合要求则主控制器20或斩滤光控制器34控制红外光源31、斩波器调制盘32和滤光盘33调节使红外光符合所需波长。

光声检测器40包括光声池41，如图2所示，光声池41的第一面411包括第一窗口412，光声池41的第二面413包括第二窗口414。光声池41用于使被测气体受到特定波长的光的照射激发下产生光声信号，第一窗口412用于透过红外光，第二窗口414用于透过激光。光声检测器40还包括微音拾音器415，微音拾音器415位于光声池41的侧面。光声池41的侧面还设有进样口416和出样口417，用于待检测气体的进出。光声检测器40还包括光声信号处理器42，光声信号处理器42与微音拾音器415和主控制器20电连接，光声信号处理器42用于对微音拾音器415获取的光声信号进行放大滤波后送给主控制器20进行数据处理。

激光组件50包括用于发出单波长激光的激光器51，还包括激光控制器52，激光控制器52与激光器51和主控制器20电连接，主控制器20通过激光控制器52控制激光器51的开关及参数。

需要注意的是，本实用新型中，主控制器20、斩滤光控制器34、光声信号处理器42和激光控制器52在结构和功能上都可以集中或分散，即斩滤光控制器34、光声信号处理器42或激光控制器52可以和主控制器20集成在一起。

变压器油中溶解气体检测装置还包括用于输入的键盘60、用于输出的显示器70和用于通讯的通讯接口80，键盘60、显示器70和通讯接口80均与所述主控制器20电连接。进一步，键盘60、显示器70可以是任何一种输入/输出设备，比如触摸屏。

变压器油中溶解气体检测装置检测过程如下：

从变压器油中分离出的待测气体由进样口416进入光声池41，维持光声池41内气体的气压、温度不变。

主控制器20输出指令，激光控制器52打开激光器51，激光器51发出针对于C₂H₂气体特征波长的激光。激光通过光声池41的第二窗口414，C₂H₂气体分子吸收光能，并以释放热能的方式退激，释放的热能使样品和周围介质按光的调制频率产生周期性加热,从而导致介质产生周期性压力波动,这种压力波动可用灵敏的微音拾音器415(或压电陶瓷传声器)检测，并通过光声信号处理器42放大得到光声信号。光声信号由主控制器20进行数据处理后得到待测气体中C₂H₂的含量。

主控制器20输出指令，斩滤光控制器34控制斩滤光模组30，红外光源31发出广谱红外光，经返射镜311汇聚后射向光声池41的第一窗口412，中间，广谱红外光还要经过斩波器调制盘32调制和某一滤光片331。斩波、滤光处理后的红外光可以对应于C₂H₄、C₂H₆、CH₄、CO和CO₂气体的特征波长。特定波长的红外光进入光声池41后会使对应的气体产生光声效应。光声信号由主控制器20进行数据处理后得到待测气体中C₂H₄、C₂H₆、CH₄、CO和CO₂的含量。

以上检测过程仅是为了讲解方便，先后顺序可能会有所改变。

本实用新型所述的变压器油中溶解气体检测装置，右测的激光光源针对对于指标要求高的C₂H₂气体，能避免其它气体的干扰，由于此光源光能量强，检测的精度和灵敏度都很高；还能同时检测变压器溶解气体的其他种成分(如C₂H₄、C₂H₆、CH₄、CO和CO₂)，能满足电力系统对于变器油的检测要求。光路结构相对简单，比双激光光源成本低，检测的气体成分多。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。