一种载波耦合的变压器油气光声光谱检测系统及方法与流程

本发明属于变压器故障气体检测，尤其涉及一种载波耦合的变压器油气光声光谱检测系统及方法。

背景技术：

1、目前广泛采用的油浸式变压器，当内部发生热故障、放电性故障或者油、纸老化时，会产生多种气体，主要有氢、烃类气体(甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、丙烯等)，一氧化碳、二氧化碳等。随着故障的发展，分解出的这些气体形成的气泡在油里经过对流、扩散，不断溶解于油中。由于故障气体的组成和含量与故障的类型和故障的严重性有密切关系，不同类型的气体及其浓度可以反映不同类型的故障，所以分析溶解于变压器油中的气体就能及早发现变压器内部存在的潜伏性故障，并随时掌握故障的发展情况。准确地了解充油电气设备的运行状态对所有电力部门来说均至关重要，油中溶解气体分析(dga)是业内公认预防充油电气设备早期故障最为有效的方法之一，有助于变压器维护并避免突发性故障的发生。

2、检测变压器油中溶解气体含量比较成熟的是气相色谱法，它在变压器中应用很普遍，但其试验环节多、操作手续繁琐、检测周期长，不能及时快速的反映变压器的故障。针对此现象，又衍生出了光声光谱检测方案。

3、光声光谱的变压器绝缘油故障气体检测系统一般包括光声池、油气分离装置、脉冲激光发生器、压力波传感器，以及用于处理压力波强度的数据处理单元。油气分离装置内置有进油泵、脱气罐、气泵，进油泵从变压器中抽取变压油，通过脱气罐分离出其中的故障气体，故障气体通过气泵注入至光声池中，待稳定后，启动脉冲激光发生器发射一定频率的脉冲激光照射光声池内气体，气体吸收脉冲光辐射后温度上升，温升将导致光声池内气体压力升高，会产生与脉冲光频率相同的压力波动，而压力波强度和气体浓度相关，因此数据处理单元通过检测压力波的强度变化就可以反向得到光声池内的气体浓度。

4、虽然辐射产生的压力波的频率与脉冲激光一致，理论上压力波传感器可以检测到任意幅度变化的压力波，然而受限于压力波传感器的数据采集能力，压力波传感器只有一个最佳传感区间，在最佳传感区间外输出的压力波数据存在明显误差，也有可能直接无法输出数据。所以目前一般，针对低浓度的故障气体，结果仅显示正常，不显示具体浓度，不利于变压器运行健康监测和预测。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种载波耦合的变压器油气光声光谱检测系统及方法，旨在解决现有光声光谱检测在特殊情况下检测不准确的技术问题。

2、一方面，所述载波耦合的变压器油气光声光谱检测系统包括光声池以及与光声池连接的油气分离装置、脉冲激光发生器，所述光声池设有压力波传感器，所述压力波传感器连接有数据处理单元，其特征在于，所述检测系统还包括控制器、压力波发生器和载波耦合器，所述控制器、压力波发生器、载波耦合器和光声池顺次连接，所述脉冲激光器和数据处理单元还连接至所述控制器；

3、所述控制器用于设置脉冲激光发生器的脉冲激光频率，以及设置压力波发生器发出设置频率和强度的载波，并将载波参数发送至数据处理单元；

4、所述压力波发生器用于在控制器的控制下生成载波；

5、所述载波耦合器用于将载波耦合至光声池；

6、所述数据处理单元用于根据压力波传感器的输出数据以及载波参数计算出故障气体真实压力波强度，最后换算成故障气体浓度。

7、另一方面，所述载波耦合的变压器油气光声光谱检测方法，包括下述步骤：

8、步骤s1、油气分离装置从取油管从变压器中在线抽取绝缘油，并进行油气分离；

9、步骤s2、将分离后的气体注入至光声池中并稳定；

10、步骤s3、控制器设置脉冲激光发生器的脉冲激光频率；

11、步骤s4、脉冲激光发生器按照设置的频率发出脉冲激光照射至光声池内；

12、步骤s5、数据处理单元通过压力波传感器采集光声池内压力波数据；

13、步骤s6、如果压力波强度大于或等于强度阈值，则直接压力波强度换算成气体浓度；

14、步骤s7、如果压力波强度小于强度阈值，则设置压力波发生器发出设置频率和强度的载波，并将载波参数发送至数据处理单元，其中载波频率与脉冲激光频率一致；

15、步骤s8、连续调节载波相位并监测采集到的压力波强度，记录最大值和最小值，最后计算气体真实压力波强度；

16、步骤s9、将气体真实压力波强度换算成故障气体浓度。

17、本发明的有益效果是：本发明以同频载波形式将载波耦合至光声池内，为检测低浓度故障气体提供了一种有效的解决方案，载波耦合的形式可以形成压力波的放大效果，可以通过检测耦合后的压力波的强度来反向计算气体真实压力波强度，由于耦合后的压力波强度在传感器的最佳传感区间内，使得测量的结果更为准确，可以避免因气体浓度较低传感器检测误差较大的技术问题。

技术特征：

1.一种载波耦合的变压器油气光声光谱检测系统,包括光声池以及与光声池连接的油气分离装置、脉冲激光发生器，所述光声池设有压力波传感器，所述压力波传感器连接有数据处理单元，其特征在于，所述检测系统还包括控制器、压力波发生器和载波耦合器，所述控制器、压力波发生器、载波耦合器和光声池顺次连接，所述脉冲激光器和数据处理单元还连接至所述控制器；

2.一种载波耦合的变压器油气光声光谱检测方法，其特征在于，所述检测方法包括下述步骤：

3.如权利要求2所述载波耦合的变压器油气光声光谱检测方法，其特征在于，步骤s8中，记录的压力波强度最大值为rmax，最小值为rmin，气体真实压力波强度r＝(rmax-rmin)/2。

4.如权利要求3所述载波耦合的变压器油气光声光谱检测方法，其特征在于，步骤s8中还包括：在压力波强度最小值的相位上，将载波强度调整至r，如果此时数据处理单元采集到的压力波强度接近0，则判定气体真实压力波强度的计算结果正确，否则输出告警。

5.如权利要求3所述载波耦合的变压器油气光声光谱检测方法，其特征在于，设置的载波强度不小于强度阈值的5倍。

技术总结
本发明适用于变压器故障气体检测技术领域，提供一种载波耦合的变压器油气光声光谱检测系统及方法，所述方法包括：设置脉冲激光发生器的脉冲激光频率照射至光声池内，然后采集压力波数据。如果压力波强度大于或等于强度阈值，则直接压力波强度换算成气体浓度；否则，设置压力波发生器发出设置频率和强度的载波，连续调节载波相位并监测采集到的压力波强度，记录最大值和最小值，最后计算气体真实压力波强度。本发明以同频载波形式将载波耦合至光声池内，为检测低浓度故障气体提供了一种有效的解决方案，载波耦合的形式可以形成压力波的放大效果，使得测量的结果更为准确。

技术研发人员：陈前臣,蒋亚超,马锋,刘锡银,夏江乔
受保护的技术使用者：武汉豪迈光电科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11