基于TDLAS-WMS气体检测及在油浸式变压器故障检测中应用

发布时间：2020-10-17 06:21

　　作为电力系统中核心设备之一的变压器,其正常运行保障着电力系统的安全及经济稳定性。因此,及时发现变压器故障尤为重要。现行的绝大部分变压器中都用到绝缘油,其作用是散热、绝缘和消弧,当变压器内部发生故障时,油中会产生一些特征气体。根据变压器油中释放出的特征气体浓度变化可判断出变压器是否故障。因此,本文应用TDLAS技术检测变压器油中释放出的特征气体浓度。根据气体浓度的变化,判别变压器是否存在故障。首先,根据前期调研情况,总结关于变压器油中特征气体的检测技术和TDLAS技术的发展现状。深入研究了变压器绝缘油中的特征气体产生的原理以及其溶解机理和过程,阐明了油中特征气体种类与变压器故障类型之间的对应关系。其次,在TDLAS-WMS的理论基础上,针对传统锁相放大谐波提取方法较繁琐的问题,提出一种基于频谱分析方法的谐波解调技术。对该方法进行了理论推导后,做了数值模拟,仿真结果与理论相符,证明了所提出方法的准确性。为进一步证明所提出方法的准确性和有效性,搭建TDLAS实验装置并进行了与数值仿真相对应的实验。实验结果证明,所提出的频谱分析方法与传统锁相放大方法的谐波解调精度相同,并且在甲烷气体浓度低于30ppm时,频谱分析方法的抗噪性更好,谐波解调精度更高。再次,为消除TDLAS痕量气体检测系统中初始光强波动带来的影响,在频谱分析基础上,提出与谐波比值结合的方法。首先从理论上推导该方法的可行性,理论推导结果表明一次谐波在中心频率处与气体浓度无关,而二次谐波在中心频率处与气体浓度成正比,所以二者的比值既消除了初始光强波动带来的影响又保持了谐波比值与待测气体浓度成正比的关系。从仿真和实验两方面证明了解调方法的准确性和有效性。该方法消除了光强波动的影响,可用于噪声较大的实际应用环境中。最后,针对检测油中释放出的特征气体来判别变压器故障的问题,设计并搭建了基于TDLAS技术的变压器油中痕量甲烷气体检测装置。分别应用提出的两种数据处理方法对探测到的正常及故障时的透射光强信号进行处理。比较实验结果,证明两种数据处理方法在实验室条件下得到的测量结果之差小于2ppm,所以稳定条件下应用频谱分析处理方法较为简单,实际测量环境噪声影响较大时应用谐波比值方法使检测结果更精确。同时证明了该技术在变压器故障检测中有很好的可行性,对变压器故障特征知识库的建立及故障检测发展提供技术支持。
【学位单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM407
【部分图文】：

激光器,吸收池,光谱吸收,内压