大型电力变压器油中特征气体拉曼光谱检测及信号分析研究

【摘要】：当前，持续发展的超特高压输电技术使得处于电力网络枢纽地位大型电力变压器的运行环境愈发复杂，其运行状态检测及故障诊断工作亦显得愈发重要。变压器油中溶解气体分析方法（Dissolved Gas Analysis，DGA）是监测变压器运行状态、诊断潜伏性故障的最佳方案。但当前所实施的DGA技术精度差、灵敏度低、运行维护成本高。为高效实施DGA，需引入最新检测技术，在电力变压器油中溶解气体检测领域做出积极探索。 利用拉曼光谱技术对变压器油中溶解气体进行检测，仅需一种频率光源即可对油中主要特征气体做定性识别，具有独特优势；利用拉曼光谱技术进行变压器油中溶解气体定量分析时，其又具有与常见光谱技术相似特点；故其改进了常规光谱检测技术中对光源的苛刻要求同时又保留了光谱检测的优势，是一种极好的检测技术。 论文总结电力变压器的运行及故障因素对变压器油所产生的影响；首先，研究了油中气体产生原理及油气分离方法，利用中空管式高分子聚合物渗透膜在最佳温度为50-60℃时，实现了对变压器油中溶解特征气体的油气分离。其次，在总结当前变压器油中特征气体检测方法研究现状的基础上，研究了光散射作用原理，最终设计了变压器油中特征气体拉曼光谱检测系统。 针对拉曼散射实验过程中的干扰因素，本文对所获取的拉曼光谱数据提出光谱数据预处理措施，并得到了干扰较小且保存真实光谱信息的拉曼光谱图。 研究了拉曼光谱谱峰线形特点，采用光谱数据拟合方法获取了拉曼谱峰特征参数：谱峰高度、拉曼频移、谱峰线宽。对比分析特征参数的拟合值与实测值结果表明，光谱数据拟合是精确获取特征参数的方法。 研究了拉曼谱峰特征参数应用于光谱定性、定量分析中的作用。对特征气体进行了单一组分与多组分样品检测，通过对气体样品的一系列定性检测及检测浓度下限的定量判断，确定了拉曼光谱检测法在监测电力变压器油中特征气体中的应用价值与优势。主要体现在：适用对象广、无光源选择性、灵敏度高等。