CN115112605B - 变压器油光谱的波长矫正方法、计算机设备及存储介质 - Google Patents

变压器油光谱的波长矫正方法、计算机设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种变压器油光谱的波长矫正方法，包括：利用TDLAS技术，在气体标定阶段获取待测气体的二次谐波中的吸收特征峰与其长度、波峰位置，存入系统内存中，在实测阶段，利用存储的二次谐波特征峰与实测的二次谐波在整个长度内依次进行互相关计算，得出最大的相关系数时的位置，将该系数与设定的相关系数阈值进行比较，该位置与存储的峰位置进行比较，看两者差值是否超出设定阈值，若计算的最大相关系数大于设定的相关系数阈值，且峰位置差值超出设定阈值，则根据峰位置与激光器温度关系调整激光器温度，直到满足要求。在下一轮测量中，则使用调整后的温度。因此本方法具有能够准确得到变压器油中溶解气体的浓度的技术效果。

Description

变压器油光谱的波长矫正方法、计算机设备及存储介质
技术领域
本发明涉及一种变压器油光谱的波长矫正方法、计算机设备及存储介质。
背景技术
变压器运行中故障主要有机械故障、电故障与热故障三种，其中又以电故障与热故障为主。目前，国内电力系统大部分变压器都采用绝缘油来绝缘与散热。随着变压器的长时间的运行，绝缘油与固体绝缘材料中在温度、电场、氧化等多因素作用下逐渐老化，并产生少量氢气及低分子烃类气体，如甲烷、乙烷、乙炔等。通过对变压器绝缘油产生机理的长期研究发现，变压器的潜在故障与变压器油中溶解气体的种类和浓度密不可分。
现有技术中，一般利用在线监测系统对变压器油中溶解的气体进行监测，其步骤为：对变压器中的油进行加热，分离出溶解在油中的气体，利用仪器对气体进行吸收，将不同浓度的气体转化为不同的谱图，再对此谱图进行分析，反演得到待测气体的浓度的大小。在检测变压器油中溶解气体的种类和浓度的过程中，气体监测光谱系统由于长期处于潮湿、闷热、高温和高强度的电磁辐射的环境中，监测光谱系统的电子元器件、激光器控制芯片、激光器内部温度控制系统等性能出现下降，造成波长出现偏移的现象，导致对浓度的反演造成一定的影响，因此具有不能准确得到变压器油中溶解气体的浓度的技术问题。
发明内容
为至少解决上述背景技术中提出的不能准确得到变压器油中溶解气体的浓度的技术问题，本发明提供了一种变压器油光谱的波长矫正方法，该方法具有能够准确得到变压器油中溶解气体的浓度的优点。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
第一方面，本发明提供一种变压器油光谱的波长矫正方法，包括：利用TDLAS技术，在标定环节获取并存储变压器油中待测气体的二次谐波中的吸收特征峰及其长度、波峰位置，以及对应温度；将存储的待测气体的二次谐波中的吸收峰与实际测量时待测气体的二次谐波，在其长度范围内，进行互相关计算，得到最大相关系数与其位置；根据待测气体的最大相关系数的位置和存储的二次谐波的波峰位置，得到位置差值；所述最大相关系数和位置差值，为判断调整激光器温度的依据。
根据本发明的一个实施例：所述互相关计算为将待测气体的实测二次谐波和存储二次谐波特征峰进行移位、相乘和累加三个主要步骤。
根据本发明的一个实施例：所述待测气体包括二氧化碳、甲烷和乙炔。
第二方面，本发明还提供了一种计算机设备，包括处理器和存储器，所述存储器上存储有用于在所述处理器上执行的计算机程序指令，所述处理器执行该计算机程序指令时，实现如上述任意一项实施例所述的一种变压器油光谱的波长矫正方法。
第三方面，本发明还提供了一种计算机存储介质，其存储有计算机指令，所述计算机指令由处理器运行时实现如上述任意一项实施例所述的一种变压器油光谱的波长矫正方法。
本发明的技术方案，利用TDLAS技术，在气体标定阶段获取待测气体的二次谐波中的吸收特征峰与其长度、波峰位置，存入系统内存中，在实测阶段，利用存储的二次谐波特征峰与实测的二次谐波在整个长度内依次进行互相关计算，得出最大的相关系数及其位置，将该系数与设定的相关系数阈值进行比较，该位置与存储的峰位置进行比较，看两者差值是否超出设定阈值，若计算的最大相关系数大于设定的相关系数阈值，且峰位置差值超出设定阈值，则根据峰位置与激光器温度关系调整激光器温度，直到满足要求。在下一轮测量中，则使用调整后的温度。由于本发明考虑了变压器油光谱在线监测系统的工作环境，将其监测过程中因为潮湿、闷热、高温和高强度的电磁辐射，从而造成的波长偏移和不能准确获得气体的浓度的问题，因此本发明解决了由于波长偏移造成的反演出的气体浓度不准确的问题，具有能够准确得到变压器油中溶解气体的浓度的技术效果。
附图说明
图1为本发明一种变压器油光谱的波长矫正方法的流程图；
图2为本发明一种变压器油光谱的波长矫正方法的实施例的流程图；
图3为根据本发明实施例的一种计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合说明书中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的第一方面，请参考图1，图1所示出的是一种变压器油光谱的波长矫正方法，包括：
在步骤S1中，利用TDLAS技术，在标定环节获取并存储变压器油中待测气体的二次谐波中的吸收特征峰及其长度、波峰位置，以及对应温度。
其中，TDLAS技术是通过对二极管激光器施加调谐信号实现波长扫描，获得气态物质吸收谱线从而推算其成分和状态信息的技术。
存储的待测气体的二次谐波中的吸收特征峰及其长度、波峰位置均为待测气体浓度高时的吸收特征峰及其长度、波峰位置，因为浓度高时，其它气体对待测气体的干扰较小，且浓度大时，待测气体的峰形较完整，因此存储的待测气体的特征峰和波峰位置均取待测气体高浓度时的特征峰和波峰位置。
在本标定环节，获取温度调整0.05度，待测气体的二次谐波的吸收峰峰值移动多少个点，以此为依据，在后续的调整温度过程中，根据存储二次谐波吸收峰与实测过程中的最大相关系数位置差确定需调整多少温度。
在步骤S2中，将存储的待测气体的二次谐波中的吸收峰与实际测量时待测气体的二次谐波，在其长度范围内，进行互相关计算，得到最大相关系数与其位置；根据待测气体的最大相关系数的位置和存储的二次谐波的波峰位置，得到位置差值。
其中，上述监测系统采用二次谐波是基于谐波探测理论，该理论中随着谐波次数的升高，吸收谱线的幅值会迅速下降，因此在选择谐波计算浓度时不能选择次数过高的谐波，同时奇次谐波关于中心吸收位置奇对称，在吸收中心位置处幅值为0，但如果存在基线干扰便不利于寻找中心吸收位置，偶次谐波关于中心吸收位置处偶对称，在中心吸收位置处幅值最大，更有利于搜索中心吸收位置，因此通常结合抗干扰能力、幅值大小等因素选择二次谐波进行浓度计算。
相关系数是本发明的重要的技术特征，相关系数越大说明两个峰越相似。例如，当峰A与峰B的相关系数为1时，说明两个峰完全一致；当相关系数是0时，说明两个峰之间没有任何关系，不存在相关性。
实际监测中，首先运用标定阶段确定的温度进行测量，若浓度较上次测量结果的偏差大于设定阈值，则将存储的吸收峰与实际测量二次谐波依次进行互相关计算，得出最大相关系数及其位置。若最大相关系数大于设定的系数阈值，且最大相关系数的位置与存储的吸收峰的位置大于位置偏差阈值，则调整温度，直到满足要求，并记录满足要求的激光器温度。在下次进行测量时，则应用此新温度。
在某一温度下，得到了待测气体的二次谐波峰，将其与存储的待测气体的特征峰进行互相关计算，得到相关系数，此时要与相关系数阈值和位置偏离阈值进行比较，具体比较方法为：当最大相关系数大于设定的相关系数阈值以及实测二次谐波最大相关系数位置与存储的特征峰的波峰位置的位置差值大于设定的位置偏差阈值时，才需继续调整实际监测温度。
在步骤S3中，上述最大相关系数和位置差值，为判断调整激光器温度的依据。
若判断需要调整温度时，将最大相关系数时的二次谐波峰和特征峰的峰值位置进行相减，得到两者的差值，用其差值除以上述步骤S2中提到的温度调整间隔中的“温度每调整0.05度，二次谐波的峰值移动的位置n”中的n值，以确定调整多少个0.05度，例如，当最大相关系数时的二次谐波峰和特征峰的峰值位置进行相减，得到两者的差值为40，n的值为10，即需要调整的温度为40除以10后再乘以0.05，即调整0.2度的温度，因此将初次监测温度调整0.2度，即为最佳使用温度，此时的待测气体的二次谐波与其特征峰的位置基本完全一致，因此采用此二次谐波的峰能够得到最准确的待测气体的浓度。
综上所述，本申请的技术方案，在激光器发生波长偏移时，将待测气体的二次谐波与其存储特征峰在其长度范围内进行互相关计算，确定需调整的温度，使得实测二次谐波吸收峰始终处于激光器可扫描范围内，并将调整后温度作为实际监测中的温度，能够避免潮湿、闷热、高温和高强度的电磁辐射工作环境的干扰，从而得到准确的待测气体的浓度。
上文中对本发明的技术方案做了详细的介绍，下面将结合具体实施场景，对本发明的一种变压器油光谱的波长矫正方法进行详细的说明。
在一个实施例中，请参考图2，互相关计算为将待测气体的二次谐波和存储二次谐波特征峰进行移位、相乘和累加三个主要步骤。
本实施例的设置方式为互相关的计算提供如下的一种计算方法：
rxy为互相关系数，rxy越趋近于1，存储的二次谐波吸收峰与参与计算的实测二次谐波段越近似。式中，n为存储的二次谐波吸收峰长度，x为存储的二次谐波吸收峰，y为实测二次谐波中长度为n的一段。
例如，存储的二次谐波吸收峰长度为100，峰位置为260，实测二次谐波的整个长度为400，首先计算存储的二次谐波吸收峰与实测二次谐波中的1至100点进行互相关计算，得出相关系数；再计算存储的二次谐波吸收峰与实测二次谐波中的2至101点进行互相关计算，直至存储的二次谐波吸收峰与301至400点进行互相关计算，得出所有相关系数。再比较所有的相关系数，找出最大相关系数及其位置。若最大相关系数大于设定的系数阈值，且最大相关系数的位置与存储的吸收峰的位置大于位置偏差阈值，则调整温度，直到满足要求，并记录满足要求的温度。在下次进行测量时，则应用此新温度。
在一个实施例中上述待测气体包括二氧化碳、甲烷和乙炔。
在变压器油光谱监测系统中，一般情况下存在三个检测器，分别为一氧化碳、二氧化碳所采用的1579nm的DFB激光器，甲烷、乙烷、乙烯所采用1685nm的DFB激光器，乙炔所采用1532nm的DFB激光器，因此需要分别对此3个激光器进行校正，其中一氧化碳、二氧化碳所采用的1579nmDFB激光器由于怀特池中会吸入大气中的二氧化碳，所以二氧化碳浓度始终较高，故实际测量时二氧化碳会保持较好二次谐波峰形，故存储浓度为2000μL·L-1的二氧化碳吸收峰；甲烷波长选用1683.9nm的波长，此波长下二次谐波中存在一直较大的峰形，故存储浓度为0μL·L-1的甲烷吸收峰；乙炔在浓度为0.5μL·L-1时便有吸收，故存储浓度为1μL·L-1的乙炔吸收峰。
本实施例的设置方式将二氧化碳、甲烷和乙炔三种气体作为矫正三种DFB激光器的待测气体，由于三种气体自身的特征峰明显、峰形好以及易监测的特点，能够使温度矫正更加准确，因此具有较好的温度矫正效果的技术效果。
根据本发明的第二方面，本发明还提供了计算机设备，如图3所示，该设备包括处理器、存储器、通信接口和通信总线，处理器、存储器和通信接口通过通信总线完成相互间的通信。处理器用于提供计算和控制能力。存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序指令。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序指令的运行提供环境。上述装置的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、运营商网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。存储器用于存储计算机程序指令，该计算机程序指令使处理器执行上述本发明如图1所示的一种变压器油光谱的波长矫正方法。
根据本发明的第三方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序指令来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序指令可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序指令在执行时，可实现上述本发明如图1所示的一种变压器油光谱的波长矫正方法。其中，本发明所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种变压器油光谱的波长矫正方法，其特征在于，包括：
利用TDLAS技术，在标定环节获取并存储变压器油中二氧化碳、甲烷和乙炔的二次谐波中的吸收特征峰及其长度、波峰位置，以及对应温度；
在本标定环节，获取温度调整0.05度，待测气体的二次谐波的吸收峰峰值移动的位置；
实际监测中，首先运用标定阶段确定的温度进行测量，若浓度较上次测量结果的偏差大于设定阈值，则将存储的待测气体的二次谐波中的吸收峰与实际测量时待测气体的二次谐波，在其长度范围内，进行互相关计算，得到最大相关系数与其位置；根据待测气体的最大相关系数的位置和存储的二次谐波的波峰位置，得到位置差值；所述互相关计算为将待测气体的实测二次谐波和存储二次谐波特征峰进行移位、相乘和累加三个主要步骤；互相关计算的计算方法如下：
其中，rxy为互相关系数，rxy越趋近于1，存储的二次谐波吸收峰与参与计算的实测二次谐波段越近似；式中，n为存储的二次谐波吸收峰长度，x为存储的二次谐波吸收峰，y为实测二次谐波中长度为n的一段；
若最大相关系数大于设定的系数阈值，且最大相关系数的位置与存储的吸收峰的位置大于位置偏差阈值，则根据存储二次谐波吸收峰与实测过程中的最大相关系数位置差确定需调整的温度，然后进行调整温度，直到满足要求，并记录满足要求的激光器温度，在下次进行测量时，则使用调整后的温度。
2.一种计算机设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器上存储有用于在所述处理器上执行的计算机程序指令，所述处理器执行该计算机程序指令时，实现如权利要求1所述的一种变压器油光谱的波长矫正方法。
3.一种计算机存储介质，其特征在于，其存储有计算机指令，所述计算机指令由处理器运行时，实现根据权利要求1所述的一种变压器油光谱的波长矫正方法。
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