一種基于拉曼光譜的變壓器油中溶解氣體檢測裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電氣設(shè)備的故障診斷技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于拉曼光譜的變壓器油中溶解氣體檢測裝置，具體而言，涉及一種基于拉曼光譜和空心光子晶體光纖的變壓器油中氣體的檢測裝置，實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備的在線絕緣狀態(tài)的監(jiān)測。
【背景技術(shù)】
[0002]充油式電力變壓器中的電、熱故障，總是與油中溶解氣體包括氫氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙炔、乙烯和乙烷的形成有關(guān)。通過溶解氣體分析可以區(qū)分諸如過熱，局部放電和電弧放電等不同類型的故障，溶解氣體分析已經(jīng)成為國際社會(huì)普遍認(rèn)可的變壓器早期故障檢測的一種有效診斷技術(shù)。變壓器油中溶解氣體是變壓器故障重要表征，油中溶解氣體組分及濃度的準(zhǔn)確測量是溶解氣體分析的關(guān)鍵。
[0003]現(xiàn)有的在線色譜監(jiān)測系統(tǒng)都涉及到要將故障氣體從油中分離出來的問題，檢測結(jié)果與油中實(shí)時(shí)結(jié)果會(huì)存在一定差異，有些檢測方法中涉及到使用電子器件，現(xiàn)場復(fù)雜的電磁環(huán)境對測量結(jié)果也是會(huì)造成影響。不同檢測方法的在線監(jiān)測系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中存在著不同的問題:
[0004](I)采用微熱導(dǎo)做為氣體檢測方法，需要在現(xiàn)場放置稀有氣體作為載氣，并且造價(jià)尚O
[0005](2)半導(dǎo)體傳感器、催化燃料型傳感器檢測氣體，存在壽命短、零漂嚴(yán)重等問題。
[0006](3)燃料電池法檢測氣體，壽命有限，并且電解液易泄露。
[0007](4)紅外光譜檢測技術(shù)雖然有較好的靈敏度，且不需要載氣，但是由于其造價(jià)高限制了其的推廣。
[0008](5)光聲光譜法靈敏度高，精度也令人滿意，是一種近年來迅速發(fā)展的氣體檢測方法，但需要為每一種特征氣體配置特定波長的激光，價(jià)格昂貴，并且需要將變壓器油引至箱體外可能會(huì)帶來油污染的風(fēng)險(xiǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的提供一種基于拉曼光譜的變壓器油中溶解氣體檢測裝置，其特征在于，所述變壓器油中溶解氣體的檢測裝置為激光光源與聚物鏡、變壓器主箱體、拉曼探頭、光譜儀、計(jì)算機(jī)串聯(lián)成回路；其中，空心光子晶體光纖固定在變壓器主箱體內(nèi)，單模光纖將激光光源、聚物鏡、空心光子晶體光纖、拉曼探頭、光譜儀依次連接；光譜儀的數(shù)據(jù)輸出端與計(jì)算機(jī)的輸入連接，計(jì)算機(jī)的輸出連接激光光源；
[0010]所述激光光源，用于產(chǎn)生單一頻率的光，以單模光纖作為激光光源產(chǎn)生的單一頻率的光的傳播載體；
[0011]所述聚物鏡，用于聚焦激光光源產(chǎn)生的單一頻率的光，聚焦到一定的光強(qiáng)，并經(jīng)過單模光纖傳輸給空心光子晶體光纖；
[0012]所述空心光子晶體光纖的兩端在變壓器主箱體內(nèi)與單模光纖進(jìn)行溶接，使得在變壓器主箱體內(nèi)傳輸?shù)墓獍l(fā)生拉曼散射；
[0013]所述拉曼探頭用于接收拉曼散射后的光信號；并將光信號傳輸給光譜儀；
[0014]所述光譜儀用于數(shù)據(jù)觀察，得到光譜線；所述計(jì)算機(jī)作為數(shù)據(jù)分析與控制系統(tǒng)，對光譜儀輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理以及控制激光器光源。
[0015]所述激光光源通過控制系統(tǒng)進(jìn)行光源參數(shù)設(shè)置與調(diào)整，或以手動(dòng)設(shè)置與調(diào)整。
[0016]所述單模光纖與空心光子晶體光纖的熔接是采用四維校準(zhǔn)法將普通單模光纖與光子晶體光纖對直；控制兩種光纖之間的距離，避免距離太近導(dǎo)致空氣孔破壞，同時(shí)防止距離太遠(yuǎn)導(dǎo)致光損耗增大；調(diào)控熔接電流和熔接時(shí)間，避免熔接過程中的熱效應(yīng)嚴(yán)重破壞原有的包層空氣孔結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致光子晶體光纖的導(dǎo)波結(jié)構(gòu)破壞。
[0017]所述空心光子晶體光纖的橫截面上有較復(fù)雜的折射率分布，含有不同排列形式的氣孔，用于限制光波在低折射率的光纖芯區(qū)傳播。
[0018]所述空心光子晶體光纖用作氣體傳感的氣室，是采用飛秒激光源進(jìn)行光子晶體光纖側(cè)面鉆孔的方法形成毛細(xì)管氣體通道，氣體通過毛細(xì)管氣體通道進(jìn)入氣室的通道。
[0019]所述毛細(xì)管氣隙通道是通過調(diào)控飛秒激光器和物鏡參數(shù)及激光器工作時(shí)間而形成不同納米尺寸的微孔，使得油中溶解氣體的小分子可以進(jìn)入，而油中烷烴、環(huán)烷烴、和芳香不飽和烴等大分子不能進(jìn)入，從而實(shí)現(xiàn)油氣分離和氣體傳感。
[0020]本發(fā)明的有意效果是與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具備以下優(yōu)點(diǎn):
[0021](I)靈敏度高。純光學(xué)測量，避免電磁、震動(dòng)、噪聲等信號干擾，所以靈敏度會(huì)比較高；ppm級的測量結(jié)果已經(jīng)在大量公開文獻(xiàn)中得以證實(shí)。
[0022](2)混合氣體同時(shí)檢測，拉曼光譜技術(shù)無需對混合氣體進(jìn)行分離，可同時(shí)檢測包括氫氣在內(nèi)的七種氣體。
[0023](3)簡化油氣分離，利用飛秒鉆孔技術(shù)可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的油氣分離，響應(yīng)時(shí)間短，工藝可相對簡化。
[0024](4)氣室體積小，利用空心光子晶體光纖本身做為氣室，大幅縮小氣室體積，使傳感器可以內(nèi)植于變壓器中。
[0025](5)響應(yīng)時(shí)間短，一方面油氣分離平衡時(shí)間短，另外一方面，傳感氣室內(nèi)置于變壓器中，所以響應(yīng)時(shí)間會(huì)很快，預(yù)計(jì)可達(dá)到分鐘數(shù)量級。
[0026](6)本質(zhì)安全，空心光子晶體光纖可內(nèi)置在變壓器油中，純光學(xué)傳感，完全不影響變壓器的絕緣并且不受強(qiáng)電磁場、震動(dòng)和噪聲等干擾。
[0027](7)重復(fù)性和穩(wěn)定性好，該方法不接觸、不消耗氣體，重復(fù)性和穩(wěn)定性有保證，
[0028](8)實(shí)現(xiàn)故障定位，通過在變壓器內(nèi)部多點(diǎn)布置空心光子晶體光纖，能夠?qū)崿F(xiàn)基于檢測油中溶解氣體的故障定位功能。
[0029](9)成本經(jīng)濟(jì)。相對于光聲光譜和紅外光譜吸收等技術(shù)方案，拉曼光譜只需要單一頻率光源，所以成本相對低很多，整體而言經(jīng)濟(jì)性較好。
【附圖說明】
[0030]圖1為基于拉曼光譜和空心光子晶體光纖的變壓器油中氣體檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖2為單模光纖和空心光子晶體光纖熔接的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖3為一種空心光子晶體光纖的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖4為另一種空心光子晶體光纖的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖5為利用飛秒激光器和聚物鏡在空心光子晶體光纖上打孔的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]本發(fā)明提供一種基于拉曼光譜