CN111239101A - 用油装置的检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明的用油装置的检测系统，属于电气检测设备的技术领域，解决现有技术检测油纸老化方式效率低的技术问题。包括光源装置，能够发射至少两条激光束；及，光源调制组件，能够调制光源和/或改变光源能级；及，扩束与准直装置，用于不同光源的聚合或合并；检测组件，能够存储用油装置内油仓的空气，并使得所述扩束与准直装置聚合后的光源穿过所存储的空气；所述光源装置发射的激光经光源调制组件改变能级和调制，并由扩束与准直装置进行聚合，集合后的激光进入所述检测组件能够完成对绝缘油纸的检测。本发明用以完善用油装置的使用功能，满足人们绝缘油纸检测效率高的要求。
Description
技术领域
本发明属于电气检测设备的技术领域，尤其是一种用油装置的检测系统。
背景技术
电力变压器作为输变电系统中的枢纽设备，其安全可靠运行是避免电力系统重大事故的第一道防线。准确诊断油浸式电力变压器的早期故障，及时掌握其油纸绝缘老化状态，做到防患于未然，是保证电网安全生产和实现设备高效检修的关键之一。在发生故障及老化过程中，运行油浸式电力变压器的绝缘油和绝缘纸会发生分解产生各种反映故障性质和绝缘性能的气体，并溶解于绝缘油中，如故障气体包括可燃气体H2、CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4和C2H6等。
现有技术中的检测方式是，目前对油浸式电力变压器油中溶解微量故障特征气体的检测还停留在采用不同设备分析不同特征物的水平，而且大多需要在实验室人工分析完成，需预先油气分离或萃取，缺乏用于运行油浸式电力变压器现场油中溶解多状态参量一体化带电检测的有效方法。
本案发明人发现现有技术中至少存在以下缺陷：
1.现有技术中的检测方式需要投入较多的人力，需预先油气分离或萃取，然后在进行分析，其检测不够智能化，检测时间长和检测效率低。
2.现有技术中的检测方式灵敏度低，不能对绝缘油纸老化初期进行检测，老化初期分解的故障气体少，容易潜藏在油中，而该故障气体不易被发现。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本申请提供了一种用油装置的检测系统，解决现有技术检测油纸老化方式效率低的技术问题。本案的技术方案有诸多技术效果，见下文。
一种用油装置的检测系统，用于用油装置中的绝缘油纸老化的检测，包括：
光源装置，能够发射至少两条激光束；及，
光源调制组件，能够调制光源和/或改变光源能级；及，
扩束与准直装置，用于不同光源的聚合或合并；
检测组件，能够存储用油装置内油仓的空气，使所述扩束与准直装置聚合后的光源穿过所存储的空气，并对所穿过后的光源进行检测；
所述光源装置发射的激光经光源调制组件改变能级和调制，并由扩束与准直装置进行聚合，集合后的激光进入所述检测组件能够完成对绝缘油纸的检测。
在一个优选或可选的实施方式中，所述光源装置能够发射两条不相交的光源，所述两条不相交的光源包括第一倍频光束和第二激倍频光束。
在一个优选或可选的实施方式中，所述第一倍频光束的倍频至少为所述第二激倍频光束的三倍。
在一个优选或可选的实施方式中，所述光源调制组件包括泵浦装置和空间调制装置，其中：
所述泵浦装置，用于调节所述第一倍频光束光源的能级；
空间调制装置，用于控制所述第二倍频光束干涉条纹的密度。
在一个优选或可选的实施方式中，所述检测组件包括气室和光谱仪，其中：
所述气室能够储存用油装置内油仓的空气，所述聚合后的光源能够穿过所述气室；
所述光谱仪能够检测穿过所述气室的所述聚合后的光源，用以检测绝缘油纸是否老化。
在一个优选或可选的实施方式中，所述检测组件还包括空间滤波装置，穿过所述气室的聚合光源经所述空间滤波装置被所述光谱仪进行检测。
在一个优选或可选的实施方式中，所述气室为有压气室。
在一个优选或可选的实施方式中，所述气室以圆柱形结构设置，且两端端面分别带有用于光源穿过的透镜。
在一个优选或可选的实施方式中，所述气室直径为2±0.1cm且腔室的长度为10±0.5cm。
另一方面提供一种变压器绝缘油纸检测装置，包括变压器和以上部分或全部所述的检测系统，所述检测系统，用于用油装置中的绝缘油纸老化的检测。
本申请发的有益效果如下：
通过激光的性能并依照受激拉曼散射原理对油纸是否老化进行检测，光源调制组件对光源装置能够调制光源和/或提高光源能级，例如，对两条光束进行聚合形成抽运光束，聚合后的光束通过检测组件检测所存储的用油装置内油仓的空气(即，样品)，如下：
当泵浦光束的能量差与样品分子的拉曼活性频率之一匹配时，就会发生非线性相互作用，伴随着能量由泵浦束到斯托克斯束的传递，泵浦束的强度会发生一个称为受激拉曼损耗的损耗，斯托克斯光束的强度会受到一个称为受激拉曼增益的增益；
当泵浦和斯托克斯束之间的能量差不匹配样品分子的任何拉曼活性频率时，在泵浦和斯托克斯束之间没有能量转移；
因此，通过泵浦和斯托克斯束之间是否有能量的转移，从而判断绝缘油纸是否老化，并且受激拉曼散射不受相干反斯托克斯拉曼散射中发生的非共振背景的影响，提高气体检测下限，提高装置检测的灵敏度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的用油装置的检测系统的结构示意图；
图2为本发明的用油装置的检测系统的激光束路径结构示意；
图3为本发明的用油装置的检测系统的实验数据图。
具体实施方式
下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。
如图1所示的用油装置的检测系统，用于用油装置1中的绝缘油纸老化的检测，包括：
光源装置1，能够发射至少两条激光束，光源装置1，例如，激光器，能发射出多天激光束；
光源调制组件，能够调制光源和/或改变光源能级；调制光源的作用是调制光束干涉条纹的密度，改变能级，例如，泵浦，给激光工作物质提供能量使其形成粒子数反转的过程，提激光束的能级；
扩束与准直装置2，用于不同光源的聚合或合并，例如，扩束准直器，能够将两两条光束进行合并；
检测组件，能够存储用油装置内油仓的空气，并使得扩束与准直装置2聚合后的光源穿过所存储的空气，检测聚合后的光束穿过所存储的空气是否发生了能量转移。光源装置1发射的激光经光源调制组件改变能级和调制，并由扩束与准直装置进行2聚合，聚合后的激光进入检测组件能够完成对绝缘油纸的检测。
本案巧妙的利用的光学原理--受激拉曼散射原理对油纸是否老化进行检测，光源装置1发出的不同的光源，被光源调制组件能够调制光源和提高光源能级，再被扩束与准直装置2光束聚合，并穿过能够存储用油装置内油仓的空气，并使得扩束与准直装置聚合后的光源穿过所存储的空气，再检测聚合后的光束是否发生能量转移，判断出老化的绝缘油纸是否分解出故障气体，以确定绝缘油纸是否老化。
作为可选的实施方式，光源装置1能够发射两条不相交的光源，优选，两条相互平行的光束。不相交的光源包括第一倍频光束101和第二激倍频光束102，第一倍频光束101为泵浦光束，第二激倍频光束102为斯托克斯束，原理如下：
聚合后的光束通过检测组件检测所存储的用油装置内油仓的空气(即，样品)，当聚合后的光束的能量差与样品分子的拉曼活性频率之一匹配时，就会发生非线性相互作用，伴随着能量由泵浦束到斯托克斯束的传递，泵浦束的强度会发生一个称为受激拉曼损耗的损耗，斯托克斯光束的强度会受到一个称为受激拉曼增益的增益。当泵浦和斯托克斯束之间的能量差不匹配样品分子的任何拉曼活性频率时，在泵浦和斯托克斯束之间没有能量转移。因此，通过泵浦和斯托克斯束之间是否有能量的转移，从而判断绝缘油纸是否分解出故障气体，并且受激拉曼散射不受相干反斯托克斯拉曼散射中发生的非共振背景的影响，提高气体检测下限，提高装置检测的灵敏度。
进一步的，第一倍频光束101的倍频至少为第二激倍频光束102的三倍，第一倍频光束101地能量级越高，能量传递至第二激倍频光束102的变化越明显，提高检测的灵敏度，例如，通过光谱仪检测穿过所存储的空气，便可检测是否发生老化。
作为可选的实施方式，光源调制组件包括泵浦装置31和空间调制装置32，其中：
泵浦装置31，例如，光学参量振荡器，光学参量振荡器用于调节作第一倍频光束101光源的能级；
空间调制装置32，例如，空间调制器，用于控制第二倍频光束102干涉条纹的密度。
作为可选的实施方式，检测组件包括气室41和光谱仪42，其中：
气室41能够储存用油装置内油仓的空气，例如，通过现有技术中抽气装置将变压器油仓的空气抽送至气室41，气室的结构，例如，以圆柱形结构设置，且两端端面分别带有用于光源穿过的透镜，室直径为2±0.1cm且腔室的长度为10±0.5cm，光束穿过透镜对存储的空气进行检测。
光谱仪42能够检测穿过气室41的聚合后的光源，用以检测绝缘油纸是否老化。例如，现有技术中的手持式的光谱仪，内设有电荷耦合器件，方便实验的使用。
作为可选的实施方式，检测组件还包括空间滤波装置43，穿过作为气41室的聚合光源经作为空间滤波装置43被光谱仪42所检测。空间滤波器43的作用是防止激光进入到光谱仪中，损害其性能，影响检测的结果。
作为可选的实施方式，气室41为有压气室，气压能够提高第一倍频光束101的能量向为第二激倍频光束102的转移，增加检测的灵敏度。
另一方面提供一种变压器绝缘油纸检测装置，包括变压器和以上部分或全部所述的检测系统，检测系统，用于用油装置中的绝缘油纸老化的检测。
实施例一：气室41存储有甲烷，采用上述方式进行检测，如下
1、实验的结构应当为线性关系，不发生能量的转移；
2、实验条件，如下：
光源装置1，激光治疗仪YAG发射532nm的激光，激光光源是注入种子的Q开关Nd：YAG激光系统，激光系统的工作频率为10Hz，脉冲持续时间为6ns，光束质量小于1.2，噪音小于0.25％rms；
泵浦装置31，所采用的泵浦opo具有窄线宽(-2-+2nm)，高转换能量效率(>80％)，波长调谐范围为445-1750nm；
空间调制装置32，其基本原理为迈克尔逊干涉仪，用七个高反射率的反射镜，反射镜(L1--L9)反射率超99.99％，其中，如图2所示，L1，L2，L3，L7和L9起调整光束方向的作用，通过改变L5，L6到B.S的距离和L5，L6本身的倾斜角度来控制干涉条纹的密度。
为了生成受激拉曼散射-SRS信号，来自同一光源装置1的倍频532nm光束用于在直径为2厘米，长度为20.0厘米的圆柱形腔室内泵送两种被研究气体(甲烷)。在气室41的两端固定了两个可承受最大12bar气压的玻璃窗。来自OPO的波长偏移光束用作斯托克斯光束。甲烷气体拉曼位移为2922cm-1，这气体对应于斯托克斯束波长为629.93nm，使用泵浦波长为532纳米。泵浦光束通过在迈克尔逊干涉仪中产生的条纹在空间上进行调制，其中，通过倾斜反射镜L5和L6来控制条纹密度。来自OPO的斯托克斯光束由负透镜(NL)扩展，并由正透镜(L8)准直。气室中的泵浦光束条纹和斯托克斯光束在时间，空间和极化上重叠。在腔室之后，泵浦光束使用二向色镜L10反射到光束收集器，该二向色镜L10在入射角为45°时100％反射532nm。
YAG发射532nm的激光，通过空间滤波装置进入气室，气室中通入100ppm的CH4，压强控制在10bar，光谱仪的狭缝开成50mm，积分时间为40s，测其斯托克斯拉曼散射强度，计算起信噪比SNR1，然后采用本实验装置双端输出激光光束，后续设置一样，测其斯托克斯拉曼散射强度，计算信噪比SNR2，其增益因子定义为SNR1/SNR2的比值。依次改变泵浦光的强度，依次计算该条件下的增益因子。
实验结果的统计，如图3所示，表现为线性关系，不发生能量的专利，可推气室41内存在故障气体，并且SRS不受相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)中发生的非共振背景的影响，提高气体检测下限，提高装置检测的灵敏度。
本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种用油装置的检测系统，用于用油装置中的绝缘油纸老化的检测，其特征在于，包括：
光源装置，能够发射至少两条激光束；及，
光源调制组件，能够调制光源和/或改变光源能级；及，
扩束与准直装置，用于不同光源的聚合或合并；
检测组件，能够存储用油装置内油仓的空气，并使得所述扩束与准直装置聚合后的光源穿过所存储的空气；
所述光源装置发射的激光经光源调制组件改变能级和调制，并由扩束与准直装置进行聚合，集合后的激光进入所述检测组件能够完成对绝缘油纸的检测。
2.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述光源装置能够发射两条不相交的光源，所述两条不相交的光源包括第一倍频光束和第二激倍频光束。
3.根据权利要求2所述的检测系统，其特征在于，所述第一倍频光束的倍频大于为所述第二激倍频光束的倍频。
4.根据权利要求2所述的检测系统，其特征在于，所述光源调制组件包括泵浦装置和空间调制装置，其中：
所述泵浦装置，用于调节所述第一倍频光束光源的能级；
空间调制装置，用于控制所述第二倍频光束干涉条纹的密度。
5.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述检测组件包括气室和光谱仪，其中：
所述气室能够储存用油装置内油仓的空气，所述聚合后的光源能够穿过所述气室；
所述光谱仪能够检测穿过所述气室的所述聚合后的光源，用以检测绝缘油纸是否老化。
6.根据权利要求5所述的检测系统，其特征在于，所述检测组件还包括空间滤波装置，穿过所述气室的聚合光源经所述空间滤波装置被所述光谱仪进行检测。
7.根据权利要求5或6所述的检测系统，其特征在于，所述气室为有压气室。
8.根据权利要求7所述的检测系统，其特征在于，所述气室以圆柱形结构设置，且两端端面分别带有用于光源穿过的透镜。
9.根据权利要求8所述的检测系统，其特征在于，所述气室直径为2±0.1cm且腔室的长度为10±0.5cm。
10.一种变压器绝缘油纸检测装置，其特征在于，包括变压器和如权利要求1值9任意一项所述的检测系统，所述检测系统，用于用油装置中的绝缘油纸老化的检测。
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| CN112748100A (zh) * | 2020-12-23 | 2021-05-04 | 华中科技大学 | 一种基于飞秒cars的mocvd中甲烷光谱成分分析系统及方法 |
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