电力用油劣化状态在线监测的核磁共振方法及传感器设计

发布时间：2017-09-09 02:34

  本文关键词：电力用油劣化状态在线监测的核磁共振方法及传感器设计

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【摘要】：电力用油作为电力系统中重要的绝缘、润滑、散热材料,在电力系统各个环节得到广泛的应用。随着我国电压等级的不断提高,充油设备的不断增加,油品的劣化问题将导致一系列设备故障影响电力系统的安全稳定运行,因此对于油品劣化及油内故障的及时监测显得至关重要。现有的在线监测方法或不够准确,或不够经济或体积庞大检测过程繁杂。本文提出使用低场核磁共振技术来实现对电力用油劣化状态的在线监测,并以此为目标展开了对于电力用油劣化状态检测的初步探索。本文的主要工作如下:(1)核磁共振(NMR)检测传感器设计。NMR传感器的设计包括磁体的设计及线圈的设计两方面。磁体结构设计主要通过使用ansoft Maxwell仿真软件对给定的目标区域进行优化,采用无源匀场的方式来提高目标区域均匀度。最终获得了一个由两块条形磁体、匀场铁磁极靴及铁磁底座等构成的V型磁体结构。在10mm×10mm的目标平面内有最优的均匀度约为364ppm,中心点处磁场大小为390mT。纵向上,在距离磁体平面上方13mm-18mm的区域内该磁体能产生15.4T/m的恒定梯度场,可用于自扩散系数的检测。根据应用的需要,射频线圈采用螺线管线圈。一方面螺线管线圈具有较优的信噪比,另一方面其形状有利于引入管道。通过对射频磁场的仿真计算,最终获得了较优的螺线管线圈结构。(2)电力用油劣化状态NMR检测实验。本研究用设计的低场便携式传感器进行了磷酸酯抗燃油及变压器油劣化分析。首先检测了5种不同运行年限的磷酸酯抗燃油样品,并通过对检测信号进行一维反拉普拉斯变换获得其核磁共振特征量:等效平均横向弛豫时间T_(2mean)。结果表明样品劣化程度越深,T_(2mean)越短。为了进一步证实实验的可靠性,对磷酸酯抗燃油样品的酸值进行测量,发现其符合磷酸酯油的劣化规律。其次检测了两种不同运行年限的变压器油样品,通过一维反拉普拉斯变换发现,变压器油劣化程度越深其等效平均横向弛豫时间T_(2mean)越短。由于变压器油样品较少,为了进一步分析其劣化状况,用高精度的谱仪检测其化学位移信息,发现在油品劣化的过程中整体的链长变短。最后,用该NMR传感器研究液体自扩散现象,检测了两种不同粘度油样的自扩散系数,结果表明该磁共振传感器可以分辨出不同粘度的液体,但检测精度有限,不能区分较小的粘度变化。本文对低场核磁共振方法检测电力用油的劣化状态及其传感器的设计等方面开展了一系列的工作,为电力用油劣化状态的在线监测提供了一种经济的、设备体积小的、检测过程简单的、可量化评估的新方法。
【关键词】：便携式核磁共振 磁场均匀度 变压器油 磷酸酯抗燃油 劣化评估
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM507;TP212
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-22
• 1.1 问题的提出及研究意义8-10
• 1.2 电力用油在线监测研究现状10-13
• 1.2.1 油中气体在线监测方法10-12
• 1.2.2 油液在线监测方法12-13
• 1.3 便携式核磁共振磁体结构的研究现状13-20
• 1.3.1 部分开放型磁共振传感器14-16
• 1.3.2 半开放型（180°）磁共振传感器16-19
• 1.3.3 全开放（360°）开放型磁共振传感器19-20
• 1.4 本文主要工作20-22
• 2 核磁共振原理22-32
• 2.1 核磁共振基本原理22-25
• 2.1.1 核磁共振现象22-24
• 2.1.2 磁场非均匀性对核磁共振信号的影响24-25
• 2.2 核磁共振信号的检测25-28
• 2.2.1 自由感应衰减信号（FID）25-26
• 2.2.2 自旋回波信号26
• 2.2.3 横向弛豫时间的检测及CPMG脉冲序列26-27
• 2.2.4 纵向弛豫时间检测及T1-IR-Add序列27-28
• 2.3 实际测量问题28-30
• 2.3.1 磁场的不均匀性28-29
• 2.3.2 射频磁场的不均匀29
• 2.3.3 梯度对流体横向弛豫时间的测量29-30
• 2.4 本章小结30-32
• 3 核磁共振监测系统搭建及传感器设计32-54
• 3.1 在线监测系统的搭建32
• 3.2 便携式传感器磁体结构的设计及实现32-40
• 3.2.1 主磁体块的设计34-35
• 3.2.2 匀场极靴设计35-40
• 3.3 便携式传感器射频线圈的设计及实现40-51
• 3.3.1 螺线管线圈射频磁场B_1计算41-44
• 3.3.2 螺线管线圈结构参数设计44-51
• 3.4 匹配调谐电路51-53
• 3.5 本章小结53-54
• 4 核磁共振实验及分析54-72
• 4.1 测试系统54-55
• 4.2 磷酸酯抗燃油油劣化检测55-61
• 4.2.1 工程应用背景及测量机理55-56
• 4.2.2 实验样品56
• 4.2.3 实验细节56-59
• 4.2.4 酸值测量59-60
• 4.2.5 实验结果讨论60-61
• 4.3 变压器油劣化检测61-65
• 4.3.1 工程应用背景及测量机理61-62
• 4.3.2 实验样品62
• 4.3.3 实验细节62-64
• 4.3.4 实验结论64-65
• 4.4 NMR方法的自扩散系数检测65-71
• 4.4.1 自扩散系数D测量原理及公式推导65-67
• 4.4.2 测量自扩散系数的脉冲序列67-69
• 4.4.3 基于本磁体的油样自扩散系数检测69-71
• 4.5 本章小结71-72
• 5 总结与展望72-74
• 致谢74-76
• 参考文献76-82
• 附录82
• A 作者在攻读学位期间发表的论文目录82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 徐征;程江艳;吴嘉敏;何为;;用于复合绝缘子伞裙老化无损检测的单边核磁共振方法[J];中国电机工程学报;2014年36期

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本文编号：817793