一种变压器用壁挂式在线光声光谱瓦斯检测系统技术方案

本发明专利技术公开一种变压器用壁挂式在线光声光谱瓦斯检测系统，通过设置的加速度传感器采集变压器本体震动干扰信号，通过麦克风采集环境噪声干扰信号，对两种干扰信号进行快速傅里叶频谱分析，进而找到光声池工作频率范围内干扰最小的频率点，并使用这个频率对不同波长的激光器的工作电流进行调制，从而获得受震动和噪声影响最小的光声信号，进而实现在变压器的运行过程中对油中气体含量和浓度的准确测量。可以直接安装于变压器本体上，特别适用于电力油浸式变压器的瓦斯多组分含量的在线监测，解决了现有变压器瓦斯检测取样难、危险性高、一致性差的问题。致性差的问题。致性差的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种变压器用壁挂式在线光声光谱瓦斯检测系统


[0001]本专利技术涉及变压器瓦斯检测系统，尤其是一种变压器用壁挂式在线光声光谱瓦斯检测系统。

技术介绍

[0002]充油变压器在运行过程中会由于局部绝缘缺陷等故障而形成强电场，使得处于强电场区域的变压器油中形成放电通道，变压器油分子裂解而产生由氢气、甲烷、一氧化碳和乙炔等小分子气体组成的故障气体，其放电程度与故障气体中不同组分的含量以及浓度有着明确的对应关系。以往的检测方法是利用故障气体推动油流的动力，使继电器瓦斯干簧触点动作进而产生报警信号，对变压器实施保护。然而，此检测方法并非对故障气体中所含组分比例以及相应浓度进行测量，只有故障气体总量达到一定程度时才能够发出报警信号，存在着不能及时发现变压器故障的问题。
[0003]目前，光声光谱检测系统已应用于变压器的故障气体检测。现有的光声光谱检测系统由光声池及与光声池谐振腔相通的进气口和出气口，在光声池的前端设有激光器，在光声池谐振区中间设置有声音探测口及微音器，微音器依次通过音频放大器、AD转换器与单片机相接，单片机分别通过电流控制器、温度控制器与激光器相接。因变压器故障气体中的小分子气体种类已经确定，故需要设置与被测小分子气体种类相等的多个激光器且每个激光器的工作波长等于对应的被测气体吸收波长。检测时，从变压器中取出一定量的油，通过油气分离装置从油中分离出溶解气体，将溶解气体通入光声池中测量光声信号，与此同时单片机控制多个激光器依次发光并通过光声池，因激光工作波长与被测气体吸收波长相等，故在被测气体中产生光谱吸收，所吸收的光能量通过声音探测口、微音器、音频放大器、AD转换器而转换成光声光谱，从而检测出变压器故障气体中所含组分比例以及相应浓度，可及时发现变压器故障。然而，由于光声光谱技术是对微弱音频信号进行测量，容易受到震动和噪音的干扰，而在变压器运行过程中必然伴随着强烈的震动和噪音，故目前变压器油中气体监测光声光谱设备都无法安装在变压器的外壳（壁挂式）运行，而是安装在距离变压器较远的地面上。由于变压器瓦斯检测对象是变压器顶部的气态瓦斯，含量通常只有几毫升到几十毫升，无法通过管道连接至距离变压器较远的光声光谱检测系统中，故现有的检测方法是通过人工取样，即在变压器运行过程中使用针管从变压器瓦斯取样口处直接抽取待测样本气体，将样本气体通过离线光声光谱检测系统进行检测，存在着效率低、危险性高、一致性较差等问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术是为了解决现有技术所存在的上述技术问题，提供一种变压器用壁挂式在线光声光谱瓦斯检测系统。
[0005]本专利技术的技术解决方案是：一种变压器用壁挂式在线光声光谱瓦斯检测系统，有激光器、光声池及设置在光声池上的微音器，微音器通过音频放大器、模数转换器与单片机
相接，单片机与激光器相接，设有依次连接的单向阀、抽气泵及进气电磁阀，所述进气电磁阀与光声池的进气口相接，与光声池的出气口相接有出气电磁阀，设有用于采用变压器本体震动信号的加速度传感器及采集环境噪声信号的麦克风，所述抽气泵、进气电磁阀、出气电磁阀、加速度传感器及麦克风均与单片机相接，所述音频放大器为锁相放大器，锁相放大器的参考信号端与单片机相接；所述单片机用快速傅里叶变换对采集到的加速度传感器和麦克风的输出信号进行频谱分析，确定光声池正常工作频率范围内对应振幅最小的频率点F，使用频率F对激光器进行电流调制，使得激光器发出波长调制频率为F的激光；所述单片机输出频率为F的参考电压信号至锁相放大器的参考信号端。
[0006]所述激光器通过波分复用器后再进入光声池。
[0007]本专利技术通过设置的加速度传感器采集变压器本体震动干扰信号，通过麦克风采集环境噪声干扰信号，对两种干扰信号进行快速傅里叶频谱分析，进而找到光声池工作频率范围内干扰最小的频率点，并使用这个频率对不同波长的激光器的工作电流进行调制，从而获得受震动和噪声影响最小的光声信号，进而实现在变压器的运行过程中对油中气体含量和浓度的准确测量。可以直接安装于变压器本体上，特别适用于电力油浸式变压器的瓦斯多组分含量的在线监测，解决了现有变压器瓦斯检测取样难、危险性高、一致性差的问题。
附图说明
[0008]图1是本专利技术实施例的结构示意图。
具体实施方式
[0009]本专利技术的一种变压器用壁挂式在线光声光谱瓦斯检测系统如图1所示，与现有技术相同的是有激光器1、光声池2及设置在光声池2上的微音器3，微音器3通过音频放大器4、模数转换器5与单片机6相接，单片机6与激光器1相接，光声池2为非共振式光声池，正常工作频率范围通常在1
‑
3 kHz，激光器1数量可为多个，连接方式相同。与现有技术不同的是设有依次连接的单向阀7、抽气泵8及进气电磁阀9，进气电磁阀9与光声池2的进气口相接，与光声池2的出气口相接有出气电磁阀10，设有用于采用变压器本体震动信号的加速度传感器11及采集环境噪声信号的数字麦克风12，所述抽气泵8、进气电磁阀9、出气电磁阀10、加速度传感器11及数字麦克风12均与单片机6相接，所述音频放大器4为锁相放大器，锁相放大器是一种三端器件，有参考信号、输入信号以及输出信号三个端口，锁相放大器的参考信号端与单片机6相接，通过调节参考信号频率，可以对输入信号中和参考频率相同的频率分量进行选频放大，所述激光器1通过波分复用器13后再进入光声池2，可以使不同波长的激光通过同一根光纤进入光声池2而不引起光能量的衰减，并且波分复用器13是一种无源器件，不需要外加控制。
[0010]工作过程：安装时，将本专利技术固定在变压器侧壁上，单向阀7的进口端直接与变压器瓦斯取样口相接。
[0011]检测周期通常可设定为1~2小时。检测时，由单片机1控制打开进气口电磁阀9和出气口电磁阀10，打开抽气泵8，从变压器瓦斯取样口将待测瓦斯气体通过单向阀7抽取至光
声池2中。然后关闭抽气泵8、进气口电磁阀9和出气口电磁阀10，将被测瓦斯气体保存在光声池2中。使用单向阀7的优势在于可以避免外界的气体进入变压器内部而影响变压器绝缘。
[0012]单片机6同时采集加速度传感器11和数字麦克风12的输出信号，并用快速傅里叶变换对采集到的加速度传感器11和麦克风12的输出信号进行频谱分析，确定光声池2正常工作频率范围内对应振幅最小的频率点F，使用频率F对激光器1进行电流调制，使得激光器1发出波长调制频率为F的激光，单片机6输出频率为F的参考电压信号至锁相放大器的参考信号端。
[0013]不同激光器1的发光中心波长对应待测瓦斯中不同组分的气体，例如测量甲烷气体的激光器对应中心波长为1653.7nm，测量一氧化碳气体的激光器对应中心波长为1567.3nm等。不同激光器1的发出的激光通过波分复用器13进入光声池2，激光被光声池2内的气体吸收同时由于光声效应产生和激光波长、频率相同的光声信号。微音器3将光声信号转换为电压信号，在锁相放大器4的作用下，对与参考频率F相同频率分量进行选频放大，锁相放大器4的输出电压通过模数转换器5进行采集。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变压器用壁挂式在线光声光谱瓦斯检测系统，有激光器（1）、光声池（2）及设置在光声池（2）上的微音器（3），微音器（3）通过音频放大器（4）、模数转换器（5）与单片机（6）相接，单片机（6）与激光器（1）相接，其特征在于：设有依次连接的单向阀（7）、抽气泵（8）及进气电磁阀（9），所述进气电磁阀（9）与光声池（2）的进气口相接，与光声池（2）的出气口相接有出气电磁阀（10），设有用于采用变压器本体震动信号的加速度传感器（11）及采集环境噪声信号的麦克风（12），所述抽气泵（8）、进气电磁阀（9）、出气电磁阀（10）、加速度传感器（11）及麦克风（1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王世有，王怀志，刘枭，张军廷，胡学秋，赵丹，刘旺，李传国，李博，谢子健，
申请(专利权)人：大连世有电力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：