基于复合光学的充油设备油中溶解气体监测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及电力设备在线监测技术领域，是一种基于复合光学的充油设备油中溶解气体监测装置及方法，包括光源发射单元生成不同波长的激光信号；传感单元包括多个衰减全反射探头阵列，衰减全反射探头阵列对获得的激光信号进行多次全反射，返回输出多路被充油设备中试品绝缘油吸收衰减的激光信号和多路被参考绝缘油吸收衰减的激光信号；采集分析单元，对每个衰减全反射探头阵列输出的激光信号进行探测，根据探测结果对充油设备中的溶解气体进行监测。本发明专利技术在充油设备的孔洞处设置衰减全反射探头阵列，衰减全反射探头阵列体积小，同时本发明专利技术实施例无需油气分离，能够直接放置在油中进行测试，测试布置非常简洁方便。

【技术实现步骤摘要】
基于复合光学的充油设备油中溶解气体监测装置及方法
本专利技术涉及电力设备在线监测
，是一种基于复合光学的充油设备油中溶解气体监测装置及方法。
技术介绍
充油设备是电力系统中广泛应用的一类电力设备，其包括实现电气测量功能的互感器、实现电压变换功能的变压器以及实现限流功能的限流电抗器等。充油设备中的电气绝缘油受热分解之后会产生大量可燃气体，一旦这类设备发生故障，势必引起火灾、爆炸以及环境污染。油中溶解气体分析是诊断预警充油设备异常状态最有效的方法之一，该分析技术基于油中溶解气体组分含量与异常状态类型之间的映射关系判断充油设备存在哪一类故障，并周期性跟踪异常状态的发展过程。现有充油设备溶解气体在线监测手段包括复合光学检测方法。复合光学方法是进行气体成分检测的一类重要方法，该方法的理论基础为气体分子红外光谱理论以及Lambert-Beer定律（朗伯比尔定律）。该方法使用复合光学检测器直接测量光信号，相比使用电信号的热导检测器、火焰离子检测器以及光声光谱检测器，不存在光电转换环节，因此不受变电站复杂电磁环境以及电气设备强烈机械振动的影响，测量影响因素少，抗干扰能力强。现有复合光学检测方法多通过光传导吸收实现，光传导吸收模式下存在光吸收室的体积不得小于100mL、光传输路径不得小于1000mm、不利于分布式配置的问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于复合光学的充油设备油中溶解气体监测装置及方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有现有光传导吸收模式的充油设备油中溶解气体监测存在的光吸收室的体积大，不利于分布式布置的问题。本专利技术的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种基于复合光学的充油设备油中溶解气体监测装置，包括光源发射单元、传感单元和采集分析单元；光源发射单元，生成不同波长的激光信号，并对激光信号进行复用控制，依次输出激光信号至传感单元；传感单元，传感单元，包括多个衰减全反射探头阵列，且衰减全反射探头阵列内设置有参考绝缘油，每个衰减全反射探头阵列分别对应设置在充油设备的孔洞处，与试品绝缘油相接触，其中孔洞包括充油设备的取样口和非电量保护装置盲孔；衰减全反射探头阵列对获得的激光信号进行多次全反射，返回输出多路被充油设备中试品绝缘油吸收衰减的激光信号和多路被参考绝缘油吸收衰减的激光信号；采集分析单元，对每个衰减全反射探头阵列输出的激光信号进行探测，根据探测结果对充油设备中的溶解气体进行监测。下面是对上述专利技术技术方案的进一步优化或/和改进：上述衰减全反射探头阵列包括柱形固定基座、至少两个测量衰减全反射探头和至少两个参考衰减全反射探头，至少两个测量衰减全反射探头和至少两个参考衰减全反射探头均设置在柱形固定基座上，至少两个测量衰减全反射探头和至少两个参考衰减全反射探头均连接有尾纤；测量衰减全反射探头对激光信号进行多次全反射，返回输出一路被充油设备中试品绝缘油吸收衰减的激光信号；每个参考衰减全反射探头中均注有参考绝缘油，参考衰减全反射探头对激光信号进行多次全反射，返回输出一路被参考绝缘油吸收衰减的激光信号。上述测量衰减全反射探头包括柱状合成石英晶体基座，合成石英晶体基座的一端设置有ZnSe晶体薄膜，合成石英晶体基座的另一端设置有入射接口和反射接口；入射接口获取激光信号，激光信号经ZnSe晶体薄膜多次全反射，返回一路被充油设备中试品绝缘油吸收衰减的激光信号，反射接口输出该激光信号。上述参考衰减全反射探头包括柱状合成石英晶体基座，合成石英晶体基座的一端设置有ZnSe晶体薄膜，在ZnSe晶体薄膜外侧的合成石英晶体基座上套装有波纹膨胀金属罩壳，在波纹膨胀金属罩壳上设置有橡胶注油孔，通过橡胶注油孔在波纹膨胀金属罩壳和ZnSe晶体薄膜之间注入参考绝缘油，合成石英晶体基座的另一端设置有入射接口和反射接口；入射接口获取激光信号，激光信号经ZnSe晶体薄膜多次全反射，返回一路被参考绝缘油吸收衰减的激光信号，反射接口输出该激光信号。上述ZnSe晶体薄膜的厚度大于等于0.5mm。上述光源发射单元包括光源、光源控制器和光切换元件；光源与光切换元件连接，光源控制器分别与光源和光切换元件连接，光源控制器控制光源发射不同波长的激光信号，并控制光切换元件对激光信号进行复用，输出多路激光信号。上述采集分析单元包括光探测模块和数据采集分析模块，光探测模块对被充油设备中试品绝缘油吸收衰减的激光信号和被参考绝缘油吸收衰减的激光信号进行探测，数据采集分析模块根据探测结果对充油设备中的溶解气体进行监测。上述光探测模块包括光功率计和光谱仪，光功率计和光谱仪均分别与数据采集分析模块和每个衰减全反射探头阵列连接。本专利技术的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种基于复合光学的充油设备油中溶解气体监测方法，包括：光源发射单元生成不同波长的激光信号，并对激光信号进行复用控制，依次输出激光信号至传感单元；每个衰减全反射探头阵列对接收到的激光信号进行多次全反射，返回输出多路被充油设备中试品绝缘油吸收衰减的激光信号和多路被参考绝缘油吸收衰减的激光信号；采集分析单元对每个衰减全反射探头阵列输出的激光信号进行探测，根据探测结果对充油设备中的溶解气体进行监测。下面是对上述专利技术技术方案的进一步优化或/和改进：上述光功率计对每个衰减全反射探头阵列输出的激光信号进行探测，根据探测结果对充油设备中的溶解气体进行监测，包括：光功率计接收每个衰减全反射探头阵列输出的激光信号，探测不同波长激光信号分别被试品绝缘液和被参考绝缘油吸收后，对应的光强衰减程度。数据采集分析模块将光源发出不同波长的激光信号与光功率计探测到的光强衰减程度一一对应，并根据不同油中溶解气体的主要吸收谱带、最强吸收谱线及其峰值吸收系数、以及参考绝缘液和试品绝缘液两组反射激光信号的光强衰减程度差异，推断故障气体的种类和折算出故障气体及水的浓度值；根据故障气体的种类和故障气体及水的浓度值，对充油设备绝缘油的异常状态进行评估、定位、分析和预测。本专利技术在充油设备的各个取样口设置衰减全反射探头阵列，衰减全反射探头阵列体积小，同时本专利技术实施例无需油气分离，能够直接放置在油中进行测试，也能贴附于充油设备外壳表面，测试布置非常简洁方便；并且本专利技术实施例通过光的解调实现对故障气体及水的传感，抗电磁干扰能力强，能够在复杂的电磁环境中正常工作；本专利技术实施例中衰减全反射探头阵列内自带标准物，能采用相对比较方法计算试品绝缘油中故障气体及水的含量，避免温度、压力等参量对监测装置的影响。附图说明附图1为本专利技术实施例1的结构示意图。附图2为本专利技术实施例2衰减全反射探头阵列的俯视结构示意图。附图3为本专利技术实施例2衰减全反射探头阵列的侧视结构示意图。附图4为本专利技术实施例3测量衰减全反射探头的结构示意图。附图5为本专利技术实施例4参考衰减全反射探头的结构示意图。附图6为本专利技术实施例3和实施例4中ZnSe晶体薄膜的结构示意图。附图7为本专利技术实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于复合光学的充油设备油中溶解气体监测装置，其特征在于，包括光源发射单元、传感单元和采集分析单元；/n光源发射单元，生成不同波长的激光信号，并对激光信号进行复用控制，依次输出激光信号至传感单元；/n传感单元，包括多个衰减全反射探头阵列，且衰减全反射探头阵列内设置有参考绝缘油，每个衰减全反射探头阵列分别对应设置在充油设备的孔洞处，与试品绝缘油相接触，其中孔洞包括充油设备的取样口和非电量保护装置盲孔；衰减全反射探头阵列对获得的激光信号进行多次全反射，返回输出多路被充油设备中试品绝缘油吸收衰减的激光信号和多路被参考绝缘油吸收衰减的激光信号；/n采集分析单元，对每个衰减全反射探头阵列输出的激光信号进行探测，根据探测结果对充油设备中的溶解气体进行监测。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于复合光学的充油设备油中溶解气体监测装置，其特征在于，包括光源发射单元、传感单元和采集分析单元；
光源发射单元，生成不同波长的激光信号，并对激光信号进行复用控制，依次输出激光信号至传感单元；
传感单元，包括多个衰减全反射探头阵列，且衰减全反射探头阵列内设置有参考绝缘油，每个衰减全反射探头阵列分别对应设置在充油设备的孔洞处，与试品绝缘油相接触，其中孔洞包括充油设备的取样口和非电量保护装置盲孔；衰减全反射探头阵列对获得的激光信号进行多次全反射，返回输出多路被充油设备中试品绝缘油吸收衰减的激光信号和多路被参考绝缘油吸收衰减的激光信号；
采集分析单元，对每个衰减全反射探头阵列输出的激光信号进行探测，根据探测结果对充油设备中的溶解气体进行监测。


2.根据权利要求1所述的基于复合光学的充油设备油中溶解气体监测装置，其特征在于，所述衰减全反射探头阵列包括柱形固定基座、至少两个测量衰减全反射探头和至少两个参考衰减全反射探头，至少两个测量衰减全反射探头和至少两个参考衰减全反射探头均设置在柱形固定基座上，至少两个测量衰减全反射探头和至少两个参考衰减全反射探头均连接有尾纤；测量衰减全反射探头对激光信号进行多次全反射，返回输出一路被充油设备中试品绝缘油吸收衰减的激光信号；每个参考衰减全反射探头中均注有参考绝缘油，参考衰减全反射探头对激光信号进行多次全反射，返回输出一路被参考绝缘油吸收衰减的激光信号。


3.根据权利要求2所述的基于复合光学的充油设备油中溶解气体监测装置，其特征在于，所述测量衰减全反射探头包括柱状合成石英晶体基座，合成石英晶体基座的一端设置有ZnSe晶体薄膜，合成石英晶体基座的另一端设置有入射接口和反射接口；入射接口获取激光信号，激光信号经ZnSe晶体薄膜多次全反射，返回一路被充油设备中试品绝缘油吸收衰减的激光信号，反射接口输出该激光信号。


4.根据权利要求2或3所述的基于复合光学的充油设备油中溶解气体监测装置，其特征在于，所述参考衰减全反射探头包括呈立柱状的合成石英晶体基座，合成石英晶体基座的一端设置有ZnSe晶体薄膜，在ZnSe晶体薄膜外侧的合成石英晶体基座上套装有波纹膨胀金属罩壳，在波纹膨胀金属罩壳上设置有橡胶注油孔，通过橡胶注油孔在波纹膨胀金属罩壳和ZnSe晶体薄膜之间注入参考绝缘油，合成石英晶体基座的另一端设置有入射接口和反射接口；入射接口获取激光信号，激光信号经ZnSe晶体薄膜多次全反射，返回一路被参考绝缘油吸收衰减的激光信号，反射接口输出该激光信号。

【专利技术属性】
技术研发人员：韩丹丹，杨定乾，
申请(专利权)人：韩丹丹，杨定乾，
类型：发明
国别省市：新疆;65