氧化物色谱检测器气敏特性及在油中气体分析中的应用
发布时间：2022-11-06 14:35
电力变压器是电网的关键设备。通过在线监测系统实时监测电网各变压器的状态,确定最合适的检修时机和合理的检修方案,可极大的提高检修经济效益,对实现电网的安全、可靠运行具有重大的实际意义。变压器发生故障时会使绝缘油发生裂解,产生低分子烃类等气体。油中溶解气体分析对保障变压器的安全运行具有重要作用。为了推进变压器等充油电气设备在线监测及状态检修技术的发展,本文在理论仿真研究的基础上,研制了氧化锡色谱检测器及氧化锆固体燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell,SOFC）色谱检测器,并用于油中溶解气体分析。研究了色谱信号去噪算法,检测器特性及定量理论,基于检测数据的变压器故障诊断算法,并研制出了基于氧化锡及SOFC色谱检测器的油中溶解气体在线监测系统。本文的具体内容及创新点如下:（1）基于密度泛函理论第一性原理方法,以油中溶解特征气体H2为代表,建立了H2吸附在Sn O2（110）面不同特征原子位置的气体吸附模型,理论计算了H2吸附在不同特征位置的吸附能,Mulliken电荷布居,Sn O...
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 选题背景与研究意义
1.1.1 变压器油中溶解气体分析技术的意义及研究现状
1.1.2 变压器油中溶解特征气体传感器技术研究现状
1.2 氧化物色谱气敏检测器在DGA中的应用
1.2.1 氧化锡气敏传感器研究现状
1.2.2 氧化锆燃料电池气敏检测器研究现状
1.3 基于DGA的变压器故障诊断及状态评估研究现状
1.3.1 比值法及特征气体法
1.3.2 智能算法用于变压器故障诊断
1.4 本文主要研究内容及技术路线
第2章 基于第一性原理的气敏检测器特性仿真研究
2.1 绝热近似和哈特里-福克自洽场近似
2.2 密度泛函理论
2.2.1 Thomas-Fermi-Dirac模型
2.2.2 Hohenberg-Kohn定理
2.2.3 Kohn-Sham方程
2.2.4 交换关联泛函
2.3 基于密度泛函理论的第一性原理实现
2.3.1 周期超晶格方法及Bloch定理
2.3.2 赝势近似法
2.4 基于密度泛函理论第一性原理的气敏检测器机理分析
2.5 本章小结
第3章 氧化锡气敏色谱检测器特性研究
3.1 氧化物色谱检测器气敏检测理论
3.1.1 色谱柱塔板理论及流出曲线方程
3.1.2 气相色谱定量检测技术
3.1.3 氧化锡气敏检测器的制备及气敏检测方法
3.1.4 氧化锡色谱检测器定量数学模型
3.2 氧化物气敏色谱检测器信号去噪算法
3.2.1 氧化物气敏色谱检测器信号特点
3.2.2 离散小波变换与Mallat信号分解与重构
3.2.3 遗传阈值小波去噪研究
3.3 仿真与实验研究
3.4 氧化锡色谱检测器特性及定量试验
3.4.1 重复性试验
3.4.2 模型参数确定
3.4.3 准确性试验
3.5 本章小结
第4章 氧化锆固体燃料电池色谱检测器特性研究
4.1 氧化锆固体燃料电池色谱检测器气敏检测理论
4.1.1 氧化锆固体燃料电池色谱检测器机理
4.1.2 氧化锆固然燃料电池色谱检测器制备及气敏检测方法
4.1.3 氧化锆固然燃料电池检测器定量数学模型
4.2 氧化锆固体燃料电池色谱检测器气敏特性试验研究
4.2.1 基线与灵敏度相关关系试验
4.2.2 重复性试验
4.2.3 检测限试验
4.3 氧化锆固体燃料电池色谱检测器气敏特性试验研究
4.3.1 N-S模型准确性
4.3.2 双对数模型准确性
4.4 本章小结
第5章 基于氧化物色谱检测器及故障诊断算法的变压器在线监测系统
5.1 变压器油中溶解气体在线监测系统
5.1.1 基于真空鼓泡脱气法的油气分离单元设计
5.1.2 基于氧化物色谱检测器的分离单元
5.1.3 精密温度控制及高精度色谱信号数据采集
5.1.4 远程通信及客户端软件设计
5.2 基于油中气体分析的传统变压器故障诊断法及问题
5.3 RVM-ANFIS变压器故障诊断与状态评估模型
5.3.1 RVM理论及变压器过热和放电故障划分
5.3.2 ANFIS变压器故障诊断方法
5.3.3 RVM-ANFIS变压器故障评估方法
5.4 算例仿真与结果
5.4.1 变压器过热和放电故障划分
5.4.2 故障诊断细分及评估
5.5 在线监测系统及RVM-ANFIS工程应用
5.6 本章小结
第6章 结论与展望
参考文献
致谢
附录A 攻读博士学位期间取得的研究成果
攻读博士学位期间发表的学术研究论文
攻读博士学位期间申请的发明专利
攻读博士学位期间申请的软件著作权
附录B 攻读博士学位期间主持、参与的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于频率锁定吸收光谱技术的变压器故障特征气体检测研究[J]. 万福,陈伟根,王品一,王建新,王美林. 中国电机工程学报. 2017(18)
[2]钴掺杂二氧化锡基氢气传感器气敏特性研究[J]. 张清妍,周渠,彭姝迪,吴高林,洪长翔,徐苓娜,唐超,谭为民. 传感技术学报. 2017(09)
[3]灰色理论–变分模态分解和NSGA-Ⅱ优化的支持向量机在变压器油中气体预测中的应用[J]. 肖怀硕,李清泉,施亚林,张同乔,张纪伟. 中国电机工程学报. 2017(12)
[4]采用遗传算法优化装袋分类回归树组合算法的变压器故障诊断[J]. 黄新波,李文君子,宋桐,王岩妹. 高电压技术. 2016(05)
[5]多约简融合的数字化变电站故障诊断[J]. 张炳达,冯鑫,黄杰,郭凯,赵紫昆. 电力系统及其自动化学报. 2016(04)
[6]基于振动的电力变压器状态监测系统设计[J]. 陆杰,张淼,赵宏飞,马宏忠. 电力系统及其自动化学报. 2016(04)
[7]基于模糊聚类和完全二叉树支持向量机的变压器故障诊断[J]. 李赢,舒乃秋. 电工技术学报. 2016(04)
[8]变压器油中溶解气体拉曼剖析及定量检测优化研究[J]. 陈伟根,万福,顾朝亮,邹经鑫,漆薇,王品一. 电工技术学报. 2016(02)
[9]变压器油中溶解气体光声光谱检测技术研究[J]. 毛知新,文劲宇. 电工技术学报. 2015(07)
[10]多种分层纳米ZnO传感器C2H2检测特性研究[J]. 高拓宇,陈伟根,甘洪丽,徐苓娜,金凌峰. 仪器仪表学报. 2015(03)
博士论文
[1]多维度组装SnO2气敏性能及其机理研究[D]. 李艳琼.重庆大学 2016
[2]基于改进支持向量机的电力变压器故障诊断与预测方法的研究[D]. 司马莉萍.武汉大学 2012
[3]新型固体氧化物燃料电池的设计及其性能研究[D]. 魏涛.华中科技大学 2012
[4]基于SOFC的变压器油中溶解气体检测机理与技术研究[D]. 丁家峰.中南大学 2012
[5]氧化锡纳米线的制备、气敏性能及第一性原理研究[D]. 李辉.上海大学 2012
[6]基于膜分离与光声光谱的绝缘油中溶解气体在线分析技术[D]. 李洋流.哈尔滨工业大学 2011
[7]SnO2/TiO2体系气敏性能及其机理研究[D]. 曾文.重庆大学 2011
[8]掺杂二氧化钛的稳定性、电子结构及相关性质的第一性原理研究[D]. 杨可松.山东大学 2010
[9]S原子和CO分子在过渡金属表面吸附的第一性原理研究[D]. 马淑红.电子科技大学 2009
[10]A2+B4+O3型钙钛矿晶体的结构相变和表面稳定性的研究[D]. 谢颖.哈尔滨工业大学 2008
硕士论文
[1]基于故障树的故障诊断专家系统软件平台设计[D]. 彭华亮.南京理工大学 2017
[2]钯离子掺杂纳米二氧化锡基甲烷传感器的气体检测特性研究[D]. 胡熙茜.重庆大学 2016
[3]基于YSZ混合电位高温H2传感器气敏性能研究[D]. 唐招运.大连理工大学 2015
[4]基于油气分析优化的电力变压器故障诊断算法研究[D]. 万能飞.重庆大学 2015
[5]基于Nafion燃料电池型的CO气体传感器的研究[D]. 刘英伟.吉林大学 2014
[6]金属镍掺杂二氧化锡基气体传感器的检测特性研究[D]. 刘刚.重庆大学 2013
[7]基于小波变换的气相色谱信号滤噪方法的研究[D]. 张鹏.武汉理工大学 2013
[8]EuMg2H6和Rb2MgH4结构和电子特征的第一性原理研究[D]. 卞楠.广西大学 2013
[9]静电纺丝技术制备一维SnO2纳米材料及其应用[D]. 王雪.湖南大学 2013
[10]基于贝叶斯网络理论的变压器故障综合诊断方法的研究[D]. 李兴东.华中科技大学 2012
本文编号：3703674
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 选题背景与研究意义
1.1.1 变压器油中溶解气体分析技术的意义及研究现状
1.1.2 变压器油中溶解特征气体传感器技术研究现状
1.2 氧化物色谱气敏检测器在DGA中的应用
1.2.1 氧化锡气敏传感器研究现状
1.2.2 氧化锆燃料电池气敏检测器研究现状
1.3 基于DGA的变压器故障诊断及状态评估研究现状
1.3.1 比值法及特征气体法
1.3.2 智能算法用于变压器故障诊断
1.4 本文主要研究内容及技术路线
第2章 基于第一性原理的气敏检测器特性仿真研究
2.1 绝热近似和哈特里-福克自洽场近似
2.2 密度泛函理论
2.2.1 Thomas-Fermi-Dirac模型
2.2.2 Hohenberg-Kohn定理
2.2.3 Kohn-Sham方程
2.2.4 交换关联泛函
2.3 基于密度泛函理论的第一性原理实现
2.3.1 周期超晶格方法及Bloch定理
2.3.2 赝势近似法
2.4 基于密度泛函理论第一性原理的气敏检测器机理分析
2.5 本章小结
第3章 氧化锡气敏色谱检测器特性研究
3.1 氧化物色谱检测器气敏检测理论
3.1.1 色谱柱塔板理论及流出曲线方程
3.1.2 气相色谱定量检测技术
3.1.3 氧化锡气敏检测器的制备及气敏检测方法
3.1.4 氧化锡色谱检测器定量数学模型
3.2 氧化物气敏色谱检测器信号去噪算法
3.2.1 氧化物气敏色谱检测器信号特点
3.2.2 离散小波变换与Mallat信号分解与重构
3.2.3 遗传阈值小波去噪研究
3.3 仿真与实验研究
3.4 氧化锡色谱检测器特性及定量试验
3.4.1 重复性试验
3.4.2 模型参数确定
3.4.3 准确性试验
3.5 本章小结
第4章 氧化锆固体燃料电池色谱检测器特性研究
4.1 氧化锆固体燃料电池色谱检测器气敏检测理论
4.1.1 氧化锆固体燃料电池色谱检测器机理
4.1.2 氧化锆固然燃料电池色谱检测器制备及气敏检测方法
4.1.3 氧化锆固然燃料电池检测器定量数学模型
4.2 氧化锆固体燃料电池色谱检测器气敏特性试验研究
4.2.1 基线与灵敏度相关关系试验
4.2.2 重复性试验
4.2.3 检测限试验
4.3 氧化锆固体燃料电池色谱检测器气敏特性试验研究
4.3.1 N-S模型准确性
4.3.2 双对数模型准确性
4.4 本章小结
第5章 基于氧化物色谱检测器及故障诊断算法的变压器在线监测系统
5.1 变压器油中溶解气体在线监测系统
5.1.1 基于真空鼓泡脱气法的油气分离单元设计
5.1.2 基于氧化物色谱检测器的分离单元
5.1.3 精密温度控制及高精度色谱信号数据采集
5.1.4 远程通信及客户端软件设计
5.2 基于油中气体分析的传统变压器故障诊断法及问题
5.3 RVM-ANFIS变压器故障诊断与状态评估模型
5.3.1 RVM理论及变压器过热和放电故障划分
5.3.2 ANFIS变压器故障诊断方法
5.3.3 RVM-ANFIS变压器故障评估方法
5.4 算例仿真与结果
5.4.1 变压器过热和放电故障划分
5.4.2 故障诊断细分及评估
5.5 在线监测系统及RVM-ANFIS工程应用
5.6 本章小结
第6章 结论与展望
参考文献
致谢
附录A 攻读博士学位期间取得的研究成果
攻读博士学位期间发表的学术研究论文
攻读博士学位期间申请的发明专利
攻读博士学位期间申请的软件著作权
附录B 攻读博士学位期间主持、参与的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于频率锁定吸收光谱技术的变压器故障特征气体检测研究[J]. 万福,陈伟根,王品一,王建新,王美林. 中国电机工程学报. 2017(18)
[2]钴掺杂二氧化锡基氢气传感器气敏特性研究[J]. 张清妍,周渠,彭姝迪,吴高林,洪长翔,徐苓娜,唐超,谭为民. 传感技术学报. 2017(09)
[3]灰色理论–变分模态分解和NSGA-Ⅱ优化的支持向量机在变压器油中气体预测中的应用[J]. 肖怀硕,李清泉,施亚林,张同乔,张纪伟. 中国电机工程学报. 2017(12)
[4]采用遗传算法优化装袋分类回归树组合算法的变压器故障诊断[J]. 黄新波,李文君子,宋桐,王岩妹. 高电压技术. 2016(05)
[5]多约简融合的数字化变电站故障诊断[J]. 张炳达,冯鑫,黄杰,郭凯,赵紫昆. 电力系统及其自动化学报. 2016(04)
[6]基于振动的电力变压器状态监测系统设计[J]. 陆杰,张淼,赵宏飞,马宏忠. 电力系统及其自动化学报. 2016(04)
[7]基于模糊聚类和完全二叉树支持向量机的变压器故障诊断[J]. 李赢,舒乃秋. 电工技术学报. 2016(04)
[8]变压器油中溶解气体拉曼剖析及定量检测优化研究[J]. 陈伟根,万福,顾朝亮,邹经鑫,漆薇,王品一. 电工技术学报. 2016(02)
[9]变压器油中溶解气体光声光谱检测技术研究[J]. 毛知新,文劲宇. 电工技术学报. 2015(07)
[10]多种分层纳米ZnO传感器C2H2检测特性研究[J]. 高拓宇,陈伟根,甘洪丽,徐苓娜,金凌峰. 仪器仪表学报. 2015(03)
博士论文
[1]多维度组装SnO2气敏性能及其机理研究[D]. 李艳琼.重庆大学 2016
[2]基于改进支持向量机的电力变压器故障诊断与预测方法的研究[D]. 司马莉萍.武汉大学 2012
[3]新型固体氧化物燃料电池的设计及其性能研究[D]. 魏涛.华中科技大学 2012
[4]基于SOFC的变压器油中溶解气体检测机理与技术研究[D]. 丁家峰.中南大学 2012
[5]氧化锡纳米线的制备、气敏性能及第一性原理研究[D]. 李辉.上海大学 2012
[6]基于膜分离与光声光谱的绝缘油中溶解气体在线分析技术[D]. 李洋流.哈尔滨工业大学 2011
[7]SnO2/TiO2体系气敏性能及其机理研究[D]. 曾文.重庆大学 2011
[8]掺杂二氧化钛的稳定性、电子结构及相关性质的第一性原理研究[D]. 杨可松.山东大学 2010
[9]S原子和CO分子在过渡金属表面吸附的第一性原理研究[D]. 马淑红.电子科技大学 2009
[10]A2+B4+O3型钙钛矿晶体的结构相变和表面稳定性的研究[D]. 谢颖.哈尔滨工业大学 2008
硕士论文
[1]基于故障树的故障诊断专家系统软件平台设计[D]. 彭华亮.南京理工大学 2017
[2]钯离子掺杂纳米二氧化锡基甲烷传感器的气体检测特性研究[D]. 胡熙茜.重庆大学 2016
[3]基于YSZ混合电位高温H2传感器气敏性能研究[D]. 唐招运.大连理工大学 2015
[4]基于油气分析优化的电力变压器故障诊断算法研究[D]. 万能飞.重庆大学 2015
[5]基于Nafion燃料电池型的CO气体传感器的研究[D]. 刘英伟.吉林大学 2014
[6]金属镍掺杂二氧化锡基气体传感器的检测特性研究[D]. 刘刚.重庆大学 2013
[7]基于小波变换的气相色谱信号滤噪方法的研究[D]. 张鹏.武汉理工大学 2013
[8]EuMg2H6和Rb2MgH4结构和电子特征的第一性原理研究[D]. 卞楠.广西大学 2013
[9]静电纺丝技术制备一维SnO2纳米材料及其应用[D]. 王雪.湖南大学 2013
[10]基于贝叶斯网络理论的变压器故障综合诊断方法的研究[D]. 李兴东.华中科技大学 2012
本文编号：3703674
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