变压器油中溶解气体在线监测的光声光谱法研究

发布时间：2017-10-31 12:12

  本文关键词：变压器油中溶解气体在线监测的光声光谱法研究

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【摘要】：电网运行的可靠性和安全性越来越受到社会的广泛关注,电气设备故障,尤其是大型电力变压器故障,一直是影响整个电网正常工作的重要因素,而变压器故障较为全面的早期预防与诊断主要是依靠对变压器油中溶解气体的成分与含量进行分析。目前针对此类气体的在线监测技术有很多种,然而较为新颖的光声光谱技术相对于传统方式具有灵敏度高、选择性好及检测范围广等特点,在变压器油中溶解气体在线监测领域的应用具有巨大潜力,因此,对基于光声光谱法的气体监测技术进行研究是十分有意义的。论文从气体红外吸收理论与光声光谱原理出发,实现了气体监测系统的搭建,并对光声光谱气体监测技术进行了系统地分析与研究。论文主要工作内容包括:(1)阐述了红外吸收光谱理论及光声效应产生机理,给出了光声池内的声场分布表达式,推导出了光声电压信号、气体浓度及光功率之间的正比例关系,并分析了采用光声光谱技术检测气体浓度的基本原理与方法。(2)根据气体在线监测系统的设计原则,对监测系统的组成部件进行了分析和选择,搭建了监测系统的实验平台,并对系统的噪声源及其控制措施进行了探讨。(3)对光声池中的光声信号分布进行了建模,得出了光声池各参数的理论公式,并对其进行仿真计算得出了光声池各参数与光声池各尺寸的关系。同时确定了光声池的基本尺寸,使用COMSOL Multiphysics 5.0对光声信号的分布和共振特性进行了模拟,并对光声池进行了设计与制作。(4)实验分析了C2H4的红外吸收特性与CO2激光谱线的关系,研究了C2H4的光声光谱检测特性。通过实验确定了光声池各参数,并通过测量光声池中的各类噪声,计算出了系统的最低检测极限为20.1ppb。最后对C2H4浓度进行了定量分析和信号重复性研究。系统通过采用光声光谱技术,实现了低浓度C2H4的监测,同时通过实验证明了系统可以对气体浓度进行较为准确的检测,并能长期稳定的工作。
【关键词】：光声光谱 在线监测 变压器 光声池 乙烯气体
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM407
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 变压器油中溶解气体在线监测的研究背景9-11
• 1.2 基于光声光谱技术的气体监测发展概况11-13
• 1.3 论文的主要研究内容13-14
• 2 基于光声光谱技术的气体检测理论14-22
• 2.1 气体的红外吸收特性14-16
• 2.2 气体的光声检测原理16-19
• 2.3 光声光谱气体检测方法19-21
• 2.4 本章小结21-22
• 3 变压器油中溶解气体在线监测系统的设计22-34
• 3.1 气体监测系统的设计原则22-23
• 3.2 气体监测系统的搭建23-31
• 3.3 气体监测系统的噪声分析与控制31-33
• 3.4 本章小结33-34
• 4 光声池的设计优化及模拟仿真34-48
• 4.1 光声池的设计原则与整体结构34-35
• 4.2 纵向共振光声池的模拟与分析35-45
• 4.3 光声池窗.与整体制作45-47
• 4.4 本章小结47-48
• 5 实验结果与分析48-63
• 5.1 C_2H_4的红外吸收特性48-52
• 5.2 C_2H_4的光声光谱检测特性52-56
• 5.3 光声光谱监测系统的性能分析56-62
• 5.4 本章小结62-63
• 6 总结与展望63-65
• 6.1 全文总结63-64
• 6.2 课题展望64-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-70
• 附录1 攻读硕士学位期间发表论文目录70

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1 王宏成;;光声光谱技术的发展与应用[J];仪表工业;1981年01期

2 ;激光光声光谱中差动式光声池的研制[J];上海金属.有色分册;1982年03期

3 云玉新;陈伟根;孙才新;潘，

本文编号：1122296