CN1175694A - 电器和电气设备的劣化诊断方法及装置 - Google Patents

Abstract

为了在注油的电器和电气设备不停止其工作的运作期间无破坏地诊断例如绝缘油和绝缘纸的劣化程度,注油电器和电气设备的劣化诊断方法使用光纤(6、7)和油浸探测器(5)并根据绝缘纸的任何二个波长的反射吸收率之间的反射吸收率差无破坏地诊断绝缘纸的劣化程度。

Description

电器和电气设备的 劣化诊断方法及装置

本发明涉及容许在电器和电气设备不停止工作的运作期间用于电器和电气设备而不破坏电器和电气设备地诊断用于注入电器和电气设备的油、模压树脂绝缘类型电器和电气设备的树脂材料和充气例如SF₆气体绝缘类型电器和电气设备的绝缘材料的例如矿物油系列绝缘油、例如液体全氟化碳绝缘介质和纤维素系列绝缘材料的变质程度的劣化诊断方法和装置。

JP-A-7-272939(1995)公开了测定在注油的电器和电气设备中使用的例如绝缘油和绝缘纸的劣化程度和寿命的诊断方法，在诊断方法中对从绝缘油中分离出的绝缘纸的分解产物例如糠醛、一氧化碳和二氧化碳进行气体分析并根据气体产生量和事先测定的绝缘纸的聚合作用剩余率之间的相关图测定绝缘纸品质降低的程度。

在上述的先前方法中，由于产生与劣化有联系的气体量非常少，所以为了气体分析不但需要对析取的产生气体专门测量而且要求大型的蒸发装置而使得进行上述的诊断方法很麻烦。

进一步，虽然象这种设备的寿命受绝缘纸的劣化程度控制，但是在上述的方法中不直接诊断绝缘纸的劣化程度，而是根据绝缘纸溶解在绝缘油中的分解物进行间接诊断。所以，例如如果象中型规格变压器和小型规格变压器那样互换绝缘油，那末问题之一是已经不能获得总分解产物的准确的测量值。

本发明的目的是为解决上述的问题而提供一种容许在电器和电气设备不停止工作的运作期间用于电器和电气设备而不破坏电器和电气设备地诊断用于注入电器和电气设备的油、模压树脂绝缘类型电器和电气设备的树脂材料和充气例如SF₆气体绝缘类型电器和电气设备的绝缘材料的例如矿物油系列绝缘油、例如液体全氟化碳绝缘介质和纤维素系列绝缘材料的变质程度的劣化诊断方法和装置。

本发明者研究象这种使用在注油电气设备的绝缘油和绝缘纸的变质程度和其光学性质的关系而创造一种诊断方法和一种诊断装置，通过诊断方法和装置能够根据由热劣化引起的绝缘油透射光强度的变化和绝缘纸的反射光强度的变化判断劣化程度。同样，如图4所示，绝缘纸的平均聚合作用剩余率和反射吸收差显示出良好的相关性。本发明的原理如下。

(1)在本发明的电器和电气设备的劣化诊断方法和装置中从至少有二种波长互相不同的单色光的光源出射的照射光经过照射用的光纤进入电器和电气设备里边，使从照射用的光纤发射出的光透过具有透射距离a的绝缘介质，此后进入接受光用的光纤被导向电器和电气设备外边并被传送进入光量测量单元，本发明的电器和电气设备劣化诊断方法和装置的特点在于本发明的劣化诊断方法和装置包括的步骤为：调节单色光的光源强度以使其所有的强度在光量测量单元上显示为恒定数值，其后照射光从单色光源经过照射用的光纤进入电器和电气电设备里面；照射处于具有透射距离为a/2位置上的绝缘材料的表面；使反射光从绝缘材料的表面通过使反射光从绝缘材料的表面导向电器和电气设备外边的接受光用的光纤导向光量测量单元；在劣化程度数据处理单元中根据从光量测量单元的输出值按照公式(1)计算各个波长的反射吸收率(Aλ)；或是按照公式(2)数据处理任何二个波长的反射率之间的反射吸收率差(ΔAλ)或是按照公式(3)数据处理任何二个波长的反射吸收率之间的反射吸收率比(Aλ′)；和进一步用比较法处理事先以总曲线形式存储的绝缘材料劣化程度与数据处理过的反射吸收率差或是数据处理过的反射吸收率比之间的关系，由此判断绝缘材料的劣化程度。

Aλ＝-log(Rλ/100)                    …(1)

ΔAλ＝Aλ1-Aλ2    (在这里λ1＜λ2)  …(2)

Aλ′＝Aλ1/Aλ2    (在这里λ1＜λ2)  …(3)

在这里在波长λ(纳米)上被侧量的绝缘材料的反射率被假定为Rλ(％)。

对于单色光的光源，最好是具有峰值波长为650～1310纳米的半导体激光器(LD)和发光二极管(LED)，因为这些光源容易买到并显示长寿命和稳定的性能。特别是，具有峰值波长例如为655、660、670、780、820、830、850、1300和1310纳米的LD和LED光源是最好的。在光源具有除上述范围以外的波长时，即使在被测对象的劣化是比较小时，也超过探测器(光量测量单元)的测定范围，导致光测量不可能进行。当被测对象的本色是浅色时，更好是使用具有小于800纳米例如655、660、670、780和800纳米峰值波长的光源。另一方面，当被测对象原先是有颜色的，更好是使用具有近红外范围例如780、800、820、830、850、1300和1310纳米的峰值波长的光源。

(2)在电器和电气设备的劣化诊断方法和装置中从辐射连续白色光的卤素灯出射的照射光经由分光镜随着照射用的光纤进入电器和电气设备的里边，使从照射用的光纤出射的发射光透过具有透射距离a的绝缘介质，此后，进入接受光用的光纤被导向电器和电气设备的外边并被传送进入光量测量单元，电器和电气设备劣化诊断方法和装置的特点在于劣化诊断方法和装置包括的步骤为：测量照射光强度相关的波长；此后使从卤素灯出射的照射光经由照射用的光纤传送到电器和电气设备的里边；照射处于具有透射距离为a/2的位置上的绝缘材料表面；使反射光从绝缘材料的表面通过使反射光从绝缘材料的表面导向电器和电气设备外边的接受光用的光纤导向光量测量单元；在劣化程度数据处理单元中根据从光量测量单元的输出值，按照公式(1)计算各个波长的反射吸收率(Aλ)；或是按照公式(2)数据处理任何二个波长的反射率之间的反射吸收率差(ΔAλ)或是按照公式(3)数据处理任何二个波长的反射吸收率之间的反射吸收率比(Aλ′)；和进一步用比较法数据处理事先以总曲线形式存储的绝缘材料劣化程度与数据处理的反射吸收率差或是数据处理的反射吸收率比之间的关系，由此判断绝缘材料的劣化程度。

Aλ＝-log(Rλ/100)                  …(1)

ΔAλ＝Aλ1-Aλ2    (其中λ1＜λ2)  …(2)

ΔAλ′＝Aλ1/Aλ2  (其中λ1＜λ2)  …(3)其中在波长λ(纳米)上被测量的绝缘材料的反射率被假定为Rλ(％)。

与原材料例如绝缘纸和模压树脂的热劣化有关的反射吸收光谱的变化一般由图3所示的曲线表示。

如图3所示，反射吸收率在与其劣化有关的可见光范围的短波长侧急剧增大。所以，如果使用具有峰值波长小于650纳米的光源，则由于探测器(光量测量单元)测量范围的限制，事实上难以使所使用的材料的反射吸收率测量延续到有关电器和设备的寿命点。基本上由于材料的热氧化的劣化反应引起电子飞越吸收损耗的增大而造成在短波长侧上反射吸收的急剧增大。

进一步，与劣化程度的增大有关的反射吸收率Aλ在短波长侧增大得更多，所以任何二个波长的反射吸收率之间的反射吸收率差ΔAλ(＝Aλ1-Aλ2)或者任何二个波长的反射吸收率之间的反射吸收率比Aλ′(＝Aλ1/Aλ2)也增大，在那里λ1＜λ2。例如，当假定在波长λ1(纳米)和波长λ2(纳米)的反射吸收率之间的反射吸收率差ΔAλ按照具有较大劣化程度的次序α₁、α₂和α₃，则处于α₁＞α₂＞α₃的关系。相对于反射吸收率比Aλ′同样是正确的。

使在与热劣化有关的例如反射吸收率差和反射吸收率比上的变化与材料的各种材料性质的变化发生连系并通过这些反射吸收参数的测量能够不破坏地诊断材料性质的降低。例如，平均聚合作用剩余率和在注油变压器中绝缘纸的反射吸收率差之间的关系显示了如图4所示的良好的相关性。

劣化程度如JP-A-3-226651(1991)所公开的，一般用衰退时间θ表示。当用衰退时间θ表示劣化程度时，如果具有各种热经历的材料显示同样的衰退时间θ，那末意味着他们的劣化程度是相同的。由下列公式(4)确定衰退时间(小时)。 $\mathrm{\θ}={\∫}_0^t\exp (-\mathrm{\ΔE}/\mathrm{RT})\mathrm{dt}\·\·\·\left(4\right)$

其中，ΔE是热劣化的表现激活能(焦耳/摩尔)，R是气体常数(焦耳/K/摩尔)，T是热劣化绝对温度和t是劣化时间(小时)。能够通过反射吸收率差或反射吸收率比对其几种温度作图按照Arrhen-nizus定律容易计算例如树脂和油的AE。

当假定衰退时间θ₀是在使用绝缘油和绝缘纸的设备的寿命点上事先被测定，与根据实际测量的衰退时间θ的差Δθ是表示剩余寿命的衰退时间，能够用作判断劣化程度的测量。同样，用下列公式(5)表示剩余寿命Δθ(小时)。 $\mathrm{\Δ\θ}={\mathrm{\θ}}_0-\mathrm{\θ}={\∫}_t^{t_0}\exp (-\mathrm{\ΔE}/\mathrm{RT})\mathrm{dt}\·\·\·\left(5\right)$

在时间t后设定设备的温度条件时，能够按照公式(5)测定剩余寿命Δt(＝t₀-t)。

在根据反射吸收率差(AAλ)或反射吸收率比(Aλ′)诊断在注油电气设备中使用的绝缘纸的劣化程度时，劣化程度低时没有问题，但是，当绝缘油随劣化加重而变色时由于变色绝缘油的吸收造成不能获得准确的反射吸收率。图6表示在波长为660纳米和850纳米之间绝缘油的光透射损耗差的总曲线的实例并表示当劣化加重时光透射损耗按指数规律地增大的趋势。

为了校正绝缘油中的与其变质有关的吸收增大，在本发明中测量在绝缘油中通过一定距离a的各种波长的透射光的强度并相应地进行各种波长之间强度的校正。当在透射光程长度的1/2距离，即a/2上测量绝缘纸的反射强度时，其在绝缘油中通过的来回行程的吸收被抵消掉因而获得绝缘纸的准确的反射吸收值。

附图的简略描述

图1是表示相应于本发明的用作注油电气设备(变压器)的劣化诊断装置的应用方法的示意图；

图2是用于图1所示的装置中的探测器的横截面示意图；

图3是表示材料的反射吸收光谱的变化的概念图；

图4是表示绝缘纸的平均聚合作用剩余率和反射吸收率差之间关系的实例图；

图5是用作本发明中使用的判断劣化程度的基准的反射吸收率差总曲线的实例；

图6是绝缘油的光透射损耗差总曲线的实例；

图7是劣化程度判断数据处理的流程图；

图8是表示用作相应于本发明的注液体全氟化碳的变压器的劣化诊断装置的应用方法的示意图；

图9是在本发明中用作判断劣化程度的基准的反射吸收率比总曲线的实例；

图10是表示用作相应于本发明的充SF₆气体的变压器的劣化诊断装置的应用方法的示意图；和

图11是表示用作相应于本发明的模压树脂干式类型变压器的劣化诊断装置的应用方法的示意图。

最佳实施例的详细描述

在下文中，根据实施例详细地阐明本发明。

(实施例1)

图1是表示用作注油电气设备(变压器)的劣化诊断装置的应用方法的示意图。进一步，图7表示用作判断劣化程度的数据处理的流程图。

在图1中，劣化程度数据处理单元使用具有机内硬盘单元的笔记本型个人用计算机。首先测量和校正通过绝缘油的各个波长的相应的透射光量以使相应的透射光强度取为恒定值。在本实施例中，阐明使用二个波长的装置。使从装有二种LED光源的光源单元8产生的具有峰值波长λ1＝660纳米的单色光输入照射用的光纤6，传送到如2所示的探测器5，通过半透镜11此后透过具有距离a的绝缘油。

透射光经由光接受单元13和接受光用的光纤7传输到光量测量单元9。用具有机内光电二极管的光功率计作光量测量单元9。通过使用从光源单元8产生的具有峰值波长λ2＝850纳米的另一单色光进行同样的操作和然后调节光源单元8的光强调节控制刻度盘以使波长λ1和λ2的透射光强度相等。在本测量中使其基底数值调节在600纳瓦。就这种操作来说，校正了与绝缘油变质有关的光吸收对绝缘纸的劣化诊断的影响。接着，测量实质上控制有关注油设备寿命的来自绝缘纸的反射光的强度。通过同样的操作，使从光源单元8出射的具有峰值波长λ1＝660纳米的单色光引入照射用的光纤6，通过探测器5并照射到绕线组2上绝缘纸的表面。如图2所示，在探测器5中的反射光测量单元包括为阻止来自外面的散射光的屏蔽环形结构。进一步，如图2所示，使探测器5和绝缘纸的表面之间的距离预定为用于测量透射光强度的光程长度的1/2。来自绕线组2上绝缘纸的表面的反射光经由接受光用的光纤7传送到测量反射光量I₁′的光量测量单元9而测量结果I₁′输出到劣化程度数据处理单元10 。在劣化程度数据处理单元10中，计算具有峰值波长660纳米的单色光的反射率R660(＝100×I₁′/I₀，I₀＝600)并存入存储器。使用具有峰值波长λ2＝850纳米的单色光进行同样的操作并在劣化程度数据处理单元10中计算具有峰值波长850纳米的单色光的反射率R850(＝100×I₂′/I₀，I₀＝600)并被存入存储器。用这样获得的具有峰值波长660和850纳米的单色光的反射率求出二个波长的反射吸收率之间的反射吸收率差ΔAλ(＝Aλ₁-Aλ₂)或二个波长的反射吸收率之间的反射吸收率比Aλ′(＝Aλ₁/Aλ₂)。在个人用计算机的硬盘单元中，存储相对于如图5和图9所示的劣化程度的反射吸收率差或反射吸收率比，然后才以总曲线输出的形式传递给劣化程度数据处理单元10，在劣化程度数据处理单元10中对存储的函数值与根据实际测量测定的反射吸收率差或反射吸收率比进行作比较的数据处理而判断其劣化程度，然后被作为测量结果输出例如输出到外部打印机(未表示出)。

在本实施例中阐述了使用二种具有不同峰值波长单色光的材料劣化程度测量装置，但是，采用三种具有不同峰值波长单色光和三种波长用的总曲线同样能使劣化程度测量装置运行。

进一步，能够使组合光同时照射，取代分时光照射。在这种情况下，如果在探测器(光量测量单元)的侧面上进行滤光，则是有效的。不但能用相应于本实施例的装置作在线连续监测装置而且可以作进行电器和电气设备的绝缘材料的定期检查的可携带的装置。

(实施例2)

类似实施例1，如图8所示，相应于本明的劣化程度测量方法和装置的实施例2适用于使用液体全氟化碳作其绝缘介质的变压器。

首先测量和校正通过液体全氟化碳14的各个波长的相应的透射光量以使相应的透射光强度取为恒定值。使从装有二种LED光源的光源单元8产生的具有峰值波长λ1＝780纳米的单色光输入照射用的光纤6，传送到如图2所示的探测器5，通过半透镜11，此后透过具有距离a的液体全氟化碳。

透射光经由光接受单元13和接受光用的光纤7传输到光量测量单元9。通过使用从光源单元8产生的具有峰值波长λ2＝1310纳米的另一单色光进行同样的操作而然后调节光源单元8的光强调节控制刻度盘以使波长λ1和λ2的透射光强度相等。在本测量中使其基底数值调节在1.0微瓦。接着，测量来自绝缘纸的反射光的强度。通过同样的操作，使从光源单元8出射的具有峰值波长λ1＝780纳米的单色光引入照射用的光纤6，通过探测器5并照射到绕线组2上的绝缘纸表面。来自绕线组2上绝缘纸表面的反射光经由接受光用的光纤7传送到测量反射光量I₁′的光量测量单元9而测量结果I₁′输出到劣化程度数据处理单元10 。在劣化程度数据处理单元10中，计算具有峰值波长780纳米的单色光的反射率R780(＝100×I₁′/I₀，I₀＝1.0)并被存入存储器。使用具有峰值波长λ2＝1310纳米的单色光进行同样的操作并在劣化程度数据处理单元10中计算具有峰值波长1310纳米的单色光的反射率R1310(＝100×I₁′/I₀，I₀＝1.0)并被存入存储器。用这样获得的具有峰值波长780和1310纳米的单色光的反射率测定二种波长的反射吸收率之间的反射吸收率差ΔAλ(＝Aλ1-Aλ2)或二种波长的反射吸收率之间反射吸收率比Aλ′(＝Aλ1/Aλ2)。在个人用计算机的硬盘单元中，存储相对于如图5和图9所示的劣化程度的反射吸收率差或反射吸收率比，然后才以总曲线输出的形式传递给劣化程度数据处理单元10，在劣化程度数据处理单元10中对存储的函数值和根据实际测量测定的反射吸收率差或反射吸收率比进行作比较的数据处理而判断其劣化程度。

(实施例3)类似实施例1和2，如图10所示，相应于本发明的劣化程度诊断方法和装置的实施例3适用于使用SF₆气体作其绝缘介质的变压器。

首先测量和校正通过SF₆气体的各个波长的相应的透射光量以使相应的透射光强度取为恒定值。使从装有二种LED光源的光源单元8产生具有峰值波长λ1＝780纳米的单色光输入照射用的光纤6，传送到如图2所示的探测器5，通过半透镜11，此后透过具有距离a的SF₆气体。

透射光经由光接受单元13和接受光用的光纤7传输到光量测量单元9。通过使用从光源单元8产生的具有峰值波长λ2＝1310纳米的另一单色光进行同样的操作而然后调节光源单元8的光强调节控制刻度盘以使波长λ1和λ2的透射光强度相等。在本测量中使其基底数值调节在1.5微瓦。接着，测量来自绝缘纸的反射光的强度。通过同样的操作，使从光源单元8出射的具有峰值波长λ1＝780纳米的单色光引入照射用的光纤6，通过探测器5并照射到绕线组2上的绝缘纸表面。来自绕线组2上绝缘纸表面的反射光经由接受光用的光纤7传送到测量反射光量I₁′的光量测量单元9而测量结果I₁′输出到劣化程度数据处理单元10。在劣化程度数据处理单元10中，计算具有峰值波长780纳米的单色光的反射率R780(＝100×I₁′/I₀，I₀＝1.5)并被存入存储器。使用具有峰值波长λ2＝1310纳米的单色光进行同样的操作并在劣化程度数据处理单元10中计算具有峰值波长1310纳米的单色光的反射率R1310(＝100×I₁′/I₀，I₀＝1.5)并存入存储器。用这样获得的具有峰值波长780和1310纳米的单色光反射率测定二种波长的反射吸收率之间的反射吸收率差ΔAλ(＝Aλ1-Aλ2)或二种波长的反射吸收率之间反射吸收率比Aλ(＝Aλ1/Aλ2)。在个人用计算机的硬盘单元中，存储相对于如图5和图9所示的劣化程度的反射吸收率差或反射吸收率比，然后才以总曲线输出的形式传递给劣化程度数据处理单元10，在劣化程度数据处理单元10中对存储的函数值和根据实际测量测定的反射吸收率差或反射吸收率比进行作比较的数据处理而判断其劣化程度。

(实施例4)

类似实施例1一直到3，如图11所示，相应于本发明的劣化程度诊断方法和装置的实施例4适用于模压树脂干式类型变压器

首先测量和校正通过以上所述的距离的用作绝缘介质的空气的各个波长相应的透射光量以使相应的透射光强度取为恒定值。使从装有二种LED光源的光源单元8产生的具有峰值波长λ＝660纳米的单色光输入照射用的光纤6，传送到如图2所示的探测器5，通过半透镜11，此后透过具有距离a的空气间隙。

透射光经由光接受单元13和接受光用的光纤7传辁以光量测量单元9 。通过使用从光源单元8产生具有峰值波长λ2＝850纳米的另一单色光进行同样的操作而然后调节光源的光强调节控制刻度盘以使波长λ1和λ2的透射光的强度相等。在本测量中使其基底数值调节在800纳瓦。接着，测量来自模压环氧树脂的反射的强度。从光源单元8出射的具有峰值波长λ1＝660纳米的单色光通过同样的操作输入到照射用的光纤6，通过探测器5照射到在绕线组2上的模压环氧树脂表面。来自绕线组2上的模压环氧树脂表面的反射光经由接受光用的光纤7传送到测量反射光量I₁′的光量测量单元9而测量结果I₁′输出到劣化程度数据处理单元10 。在劣化程度数据处理单元10中计算具有峰值波长660纳米的单色光的反射率R660(＝100×I₁′/I₀，I₀＝800)并被存入存储器。使用具有峰值波长λ2＝850纳米的单色光进行同样的操作并在劣化程度数据处理单元10中计算具有峰值波长850纳米的单色光的反射率R850(＝100×I₂′/I₀，I₀＝800)并存入存储器。用这样获得具有峰值波长660和850纳米的单色光的反射率测定二种波长的反射率之间的反射吸收率差ΔAλ(＝Aλ1-Aλ2)或二种波长的反射吸收率之间的反射吸收率比Aλ′(＝Aλ1/Aλ2)。在个人用计算机的硬盘单元中，存储相对于如图5和图9所示的劣化程度的反射吸收率差或反射吸收率比，然后才以总曲线输出的形式传递给劣化程度数据处理单元10，在劣化程度数据处理单元10中对存储的函数值和根据实际测量测定的反射吸收率差或反射吸收率比进行作比较的数据处理而判断其劣化程度。

(实施例5)

类似实施例1，实施例5涉及适用注油变压器和使用照射连续白色光的卤素灯作光源单元8的相应于本发明的劣化诊断装置。

首先测量与绝缘油相关的波长。从光源单元8出射的连续光经由分光镜传入照射用的光纤6，传送到如图2所示的探测器5，通过半透镜11，并其后透过具有距离a的绝缘油。

透射光经由光接受单元13和接受光用的光纤7传输到光量测量单元9，在那里测定相应的波长λ的基准光量Iλ。虽然，波长相依性的测量范围不受限制，但是，对于本实施例400～1500纳米的范围是足够的。接着，测量从绝缘纸出射的反射光量的波长相依性。从光源单元8出射的连续光通过同样的操作传入照射用的光纤6，通过探测器5并照射到绕线组2上的绝缘纸表面。来自绕线组2上绝缘纸表面的反射光经由接受光用的光纤7传送到测量反射光量I₁′的光量测量单元9而测量结果I₁′输出到劣化程度数据处理单元10，在劣化程度数据处理单元10中计算各个波长的反射率Rλ(＝100×Iλ′/Iλ)并被存入存储器。用这样获得的各个波长的反射率求出任何二个波长的反射吸收率之间的反射吸收率差ΔAλ(＝Aλ1-Aλ2)或任何二个波长的反射吸收率之间的反射吸收率比Aλ′(＝Aλ1/Aλ2)。在个人用计算机的硬盘单元中，存储相对于如图5和图9所示的劣化程度的反射吸收率差或反射吸收率比，然后才以总曲线输出的形式传递给劣化程度数据处理单元10，在劣化程度数据处理单元10中对存储的函数值和根据实际测量测定的反射吸收率差或反射吸收率比进行作比较的数据处理而判断其劣化程度，然后被作为测量结果输出例如输出到外部打印机(未表示出)。

(实施例6)

类似实施例5，实施例6涉及适用于注液体全氟化碳的变压器和使用照射连续白色光的卤素灯作光源单元8的相应于本发明的劣化诊断装置。

首先测量与液体全氟化碳相关的波长。从光源单元8出射的连续光经由分光镜传入照射用的光纤6，传送到如图2所示的探测器5，通过半透镜11和其后透过具有距离a的液体全氟化碳。

透射光经由光接受单元13和接受光用的光纤7传输到光量测量单元9，在那里测定相应的波长λ的基准光量Iλ。虽然，波长相依性的测量范围不受限制，但是，对于本实施例400～1500纳米的范围是足够的。接着，测量从绝缘纸出射的反射光量的波长相依性。从光源单元8出射的连续光通过同样的操作传入照射用的光纤6，通过探测器5并照射到绕线组2上的绝缘纸表面。来自绕线组2上绝缘纸表面的反射光经由接受光用的光纤7传送到测量光量I₁′的光量测量单元9而测量结果I₁′输出到劣化程度数据处理单元10，在劣化程度数据处理单元10中计算各个波长的反射率Rλ(＝100×Iλ′/Iλ)并被存入存储器。用这样获得的各个波长的反射率求出任何二个波长的反射吸收率之间的反射吸收率差/Aλ(＝Aλ1-Aλ2)或任何二个波长的反射吸收率之间的反射吸收率比Aλ′(＝Aλ1/Aλ2)。在个人用计算机的硬盘单元中，存储相对于如图5和图9所示的劣化程度的反射吸收率差或反射吸收率比，然后才以总曲线输出的形式传递给劣化程度数据处理单元10，在劣化程度数据处理单元10中对存储的函数值和根据实际测量测定的反射吸收率差或反射吸收率比进行作比较的数据处理而判断其劣化程度。

(实施例7)

类似实施例5和6，实施例7涉及适用于SF₆气体绝缘的变压器和使用照射连续白色光的卤素灯作光源单元8的相应于本发明的劣化诊断装置。

首先测量SF₆气体的波长相依性。从光源单元8出射的连续光经由分光镜传入照射用的光纤6，传送到如图2所示的探测器5，通过半透镜11和其后透过具有距离a的SF₆气体。

透射光经由光接受单元13和接受光用的光纤7传输到光量测量单元9，在那里测定相应的波长λ的基准光量Iλ。虽然，波长相依性的测量范围不受限制，但是，对于本实施例400～1500纳米的范围是足够的。接着，测量从绝缘纸出射的反射光量的波长相依性。从光源单元8出射的连续光通过同样的操作传入照射用的光纤6，通过探测器5并照射到绕线组2上的绝缘纸表面。来自绕线组2上绝缘纸表面的反射光经由接受光用的光纤7传送到测量光量I₁′的光量测量单元9而测量结果I₁′输出到劣化程度数据处理单元10，在劣化程度数据处理单元10中计算各个光波长的反射率Rλ(＝100×Iλ′/Iλ)并被存入存储器。用这样获得的各个波长的反射率求出任何二个波长的反射吸收率之间的反射吸收率差ΔAλ(＝Aλ1-Aλ2)或任何二个波长的反射吸收率之间的反射吸收率比Aλ′(＝Aλ1/Aλ2)。在个人用计算机的硬盘单元中，存储相对于如图5和图9所示的劣化程度的反射吸收率差或反射吸收率比，然后才以总曲线输出的形式传递给劣化程度数据处理单元10，在劣化程度数据处理单元10中对存储的函数值和根据实际测量测定的反射吸收率差或反射吸收率比进行作比较的数据处理而判断其劣化程度。

(实施例8)

类似实施例5到7，实施例8涉及适用于模压树脂干式变压器和使用照射连续白色光的卤素灯作光源单元8的相应于本发明的劣化诊断装置。

首先测量光源的波长相依性。从光源单元8出射的连续光经由分光镜传入照射用的光纤6，传送到如图2所示的探测器5，通过半透镜11和其后透过具有距离a的空气。

透射光经由光接受单元13和接受光用的光纤7传输到光量测量单元9，在那里测定相应的波长λ的基准光量Iλ。虽然，波长相依性的测量范围不受限制，但是，对于本实施例400～1500纳米的范围是足够的。接着，测量从绝缘纸出射的反射光量的波长相依性。从光源单元8出射的连续光通过同样的操作传入照射用的光纤6，通过探测器5并照射到绕线组2上的绝缘纸表面。来自绕线组2上绝缘纸表面的反射光经由接受光用的光纤7传送到测量光量I₁′的光量测量单元9而测量结果I₁′输出到劣化程度数据处理单元10，在劣化程度数据处理单元10中计算各个光波长的反射率Rλ(＝100×Iλ′/Iλ)并被存入存储器。用这样获得的具有峰值波长的单色光的反射率求出任何二个波长的反射吸收率之间的反射吸收率差ΔAλ(＝Aλ1-Aλ2)或任何二个波长的反射吸收率之间的反射吸收率比Aλ′(＝Aλ1/Aλ2)。在个人用计算机的硬盘单元中，存储相对于如图5和图9所示的劣化程度的反射吸收率差或反射吸收率比，然后才以总曲线输出的形式传递给劣化程度数据处理单元10，在劣化程度数据处理单元10中对存储的函数值和根据实际测量测定的反射吸收率差或反射吸收率比进行作比较的数据处理而判断其劣化程度。

(实施例9)

实施例9涉及用通过绝缘油的二个波长的光透射损耗之间光透射损耗差作参数具有实施例1的结构的相应于本发明的劣化诊断方法和装置。首先分别测量从光源出射各种波长通过空气的透射光量。用二个LED光源(λ1＝660纳米，λ2＝850纳米)作光源单元8。分别测量光透过具有距离a(厘米)的空气间隙时相应波长的基准光量Iλ1和Iλ2。接着，同样测量通过绝缘油透射光量。即，测量具有峰值波长为660纳米的单色光通过绝缘油的透射光量Iλ′和使测量结果Iλ′输出到劣化程度数据处理单元10，在劣化程度数据处理单元10中计算波长660纳米的光透射损耗αλ1(＝-10/a×log(Iλ1′/Iλ1)，在那里单位是分贝/厘米)并且计算结果被存入存储器。同样，使用具有峰值波长为850纳米的单色光进行相同的操作并在劣化数据处理单元中计算波长850纳米的光透射损耗αλ2(＝-10/a×log(Iλ2′/Iλ2)，在那里单位是分贝/厘米)并且计算结果被存入存储器。用这样获得的波长660和850纳米的光透射损耗在劣化程度数据处理单元中求出光透射损耗差Δαλ(＝αλ1-αλ2)。使事先以如图6所示的总曲线形式存储在个人用计算机硬盘单元中的相对于劣化程度的光透射损耗差输出到劣化程度数据处理单元10，在劣化程度数据处理单元10中进行关于存储的函数值和根据实际测量测定的绝缘油的光透射损耗差比较的数据处理而判断其劣化程度。

(实施例10)

实施例10涉及用通过绝缘油的二个波长的光透射损耗之间的光透射损耗差作参数具有实施例5的结构的相应于本发明的劣化诊断方法和装置。首先分别测量连续白色光通过空气的透射光量。用卤素灯作光源单元8。分别测量光透过具有距离a(厘米)的空气间隙时各个波长的基准光量Iλ。虽然，没有特别限制波长范围，但是，400～1500纳米的波长范围对于本实施例是足够的。接着，同样测量通过绝缘油透射光量。即，测量通过绝缘油波长λ的透射光量Iλ1′和使测量结果Iλ′输出到劣化程度数据处理单元10，在劣化程度数据处理单元10中计算某一个波长的光透射损耗αλ(＝-10/a×log(Iλ′/Iλ)，在那里单位是分贝/厘米)并且计算结果被存入存储器。用同样的方法获得各个波长的光透射损耗。用这样获得的各个波长的光透射损耗在劣化程度数据处理单元10中求出任何二个波长的光透射损耗之间的光透射损耗差Δαλ(＝αλ1-αλ2)。在个人用计算机的硬盘单元中事先以如图6所示的总曲线形式存储相对于劣化程度的光透射损耗差被输出到劣化程度数据处理单元10，在劣化程度数据处理单元10中进行关于存储的函数值和根据实际测量测定的绝缘油的光透射损耗差作比较的数据处理而判断其劣化程度。

根据本发明，能够获得容许电器和电气设备不停止工作的运作期间用于电器和电气设备而不破坏电器和电气设备地诊断用于注入电器和电气设备的油、模压树脂绝缘类型电器和电气设备的树脂材料和充气例如SF₆气体绝缘类型电器和电气设备的绝缘材料的例如矿物油系列绝缘油、例如液体全氟化碳绝缘介质和纤维素系列绝缘材料的变质程度的劣化诊断方法和装置。

Claims (14)

1.一种电器和电气设备的劣化诊断方法，其中从至少二类具有互相不同波长的单色光源出射的照射光经由照射用光纤引入到电器和电气设备的里边，从照射用光纤出射的发射光穿过具有透射距离a的绝缘介质，此后，进入导向电器和电气设备外边的接受光用光纤并被传输和引入光量测量单元，该劣化诊断方法其特征在于包括步骤：

调节单色光光源的强度以使在光量测量单元上其所有的光强显示恒定值；

此后使从单色光的光源出射的照射光经由照射用光纤引入电器和电气设备的里边；

照射处于具有a/2透射距离的位置上的绝缘材料的表面；

使从绝缘材料的表面反射的光通过使用使从绝缘材料的表面出射的反射光导向电器和电气设备外边的接受光用光纤导入光量测量单元；

在劣化程度数据处理单元中，根据从光量测量单元输出值按照公式(1)对各波长计算反射吸收率(Aλ)；

根据公式(2)处理任何二个波长的反射吸收率之间的反射吸收率差(ΔAλ)或是根据公式(3)处理任何二个波长的反射吸收率之间的反射吸收率比(Aλ′)；和

通过比较事先以总曲线形式存储的被测绝缘材料的劣化程度与数据处理过的反射吸收率差或是与反射吸收率比之间的关系的进一步数据处理来判断绝缘材料的劣化程度，Aλ＝-1og(Rλ/100)                  …(1)ΔAλ＝Aλ1-Aλ2    (其中λ1＜λ2)  …(2)Aλ′＝Aλ1/Aλ2    (其中λ1＜λ2)  …(3)其中被测绝缘材料在波长λ(纳米)上的反射率被定为Rλ(％)。

2.根据权利要求1的电器和电气设备的劣化诊断方法，其特征在于具有大于650纳米和小于1310纳米的峰值波长的半导体激光器或是发光二极管被用作单色光的光源。

3.根据权利要求1的电器和电气设备的劣化诊断方法，其特征在于绝缘介质是液体全氟化碳、矿物油系列绝缘油、SF₆气体和空气之一。

4.根据权利要求1的电器和电气设备的劣化诊断方法，其特征在于被测反射光强度的绝缘材料是纤维素系列绝缘纸、牛皮纸、压制纸板和模压树脂之一。

5.一种电器和电气设备的劣化诊断方法，其中从幅射连续白色光的卤素灯出射的照射光通过分光镜使用照射用光纤输入电力机器和设备的里边，从照射用光纤出射的发射光透过具有透射距离a的绝缘介质，此后，进入导向电器和电气设备外边的接受光用光纤并被传输和输入光量测量单元，该劣化诊断方法其特征在于包括步骤：

测量照射光强度的波长相依性；

此后使从卤素灯出射的照射光经由照射用光纤输入电器和电气设备的里边；

照射处于具有a/2透射距离的位置上的绝缘材料的表面；

使从绝缘材料表面反射的光通过使用将绝缘材料表面出射的反射光导向电器和电气设备外边的接受光用光纤导入光量测量单元；

在劣化程度数据处理单元中，根据从光量测量单元输出值按照公式(1)对各波长计算反射吸收率(Aλ)；

按照公式(2)处理任何二个波长的反射吸收率之间的反射吸收率差(ΔAλ)或是按照公式(3)处理任何二个波长的反射吸收率之间的反射吸收率比(Aλ′)；和

通过比较事先以总曲线形式存储的被测绝缘材料的劣化程度和数据处理过的反射吸收率差或是反射吸收率比之间的关系的进一步数据处理来判断绝缘材料的劣化程度，Aλ＝-log(Rλ/100)                  …(1)ΔAλ＝Aλ1-Aλ2    (其中λ1＜λ2)  …(2)Aλ′＝Aλ1/Aλ2    (其中λ1＜λ2)  …(3)其中被测绝缘材料在波长λ(纳米)上的反射率被定为Rλ(％)。

6.根据权利要求5的电器和电气设备的劣化诊断方法，其特征在于绝缘介质是液体全氟化碳、矿物油系列绝缘油、SF₆气体和空气之一。

7.根据权利要求5的电器和电气设备的劣化诊断方法，其特征在于被测反射光强度的绝缘材料是纤维素系列绝缘纸、牛皮纸、压制纸板和模压树脂之一。

8.一种电器和电气设备的劣化诊断装置，其特征在于该劣化诊断装置包括：

包括至少具有不同波长的两种单色光源的光源；

使从上述的光源出射的照射光输入电器和电气设备里边的照射用光纤；

在使经由上述的照射用的光纤输入照射光透过具有透射距离a的绝缘介质后使透射光导向电器和电气设备外边的接受光用光纤；

测量由上述的接受光用光纤导向的透射光的强度的光量测量单元；和

劣化程度数据处理单元，在劣化程度数据处理单元中，在调节光源的单色光的强度以使在上述的光量测量单元中其所有的强度显示恒定值以后使照射光从上述的单色光源经由照射用光纤引入电器和电气设备的里边；照射处于具有透射距离a/2位置上的绝缘材料的表面并使反射光从绝缘材料表面通过使用使反射光从绝缘材料的表面导向电器和电气设备外边的上述的接受光用光纤导入上述的光量测量单元，根据从上述的光量测量单元的输出值按照公式(1)计算各波长的反射吸收率(Aλ)，或是根据公式(2)处理任何二个波长的反射吸收率之间的反射吸收率差(ΔAλ)或是根据公式(3)处理任何二个波长的反射吸收率之间的反射吸收率比((Aλ′)；用比较方法对事先以总曲线形式存储的被测绝缘材料的劣化程度与数据处理过的反射吸收率差或是与数据处理过的反射吸收率比之间的关系进行数据处理，由此判断绝缘材料的劣化程度，Aλ＝-log(Rλ/100)    …(1)ΔAλ＝Aλ1-Aλ2    (其中λ1＜λ2)    …(2)Aλ′＝Aλ1/Aλ2    (其中λ1＜λ2)    …(3)其中被测绝缘材料在波长λ(纳米)上的反射率被假定为Rλ(％)。

9.根据权利要求8的电器和电气设备的劣化诊断装置，其特征在于具有大于650纳米和小于1310纳米峰值波长的半导体激光器或是发光二极管被用作上述的单色光的光源。

10.根据权利要求8的电器和电气设备的劣化诊断装置，其特征在于绝缘介质是液体全氟化碳、矿物油系列绝缘油、SF₆气体和空气之一。

11.根据权利要求8的电器和电气设备的劣化诊断装置，其特征在于被测反射光强度的绝缘材料是纤维素系列绝缘纸、牛皮纸、压制纸板和模压树脂之一。

12.电器和电气设备的劣化诊断装置，其特征在于该劣化诊断装置包括：

包括幅射连续白色光的卤素灯的光源；

使从上述的光源出射的照射光经由分光镜输入电器和电气设备里边的照射用光纤；

在使经由上述的照射用光纤的输入照射光透过具有透射距离a的绝缘介质以后使透射光导向电器和电气设备外边的接受光用光纤；

测量由上述的接受光用光纤导向的透射光的强度的光量测量单元；和

劣化程度数据处理单元，在劣化程度数据处理单元中在测量照射光强度的波长相依性以后；使照射光从上述的卤素灯光源经由照射用光纤进入电器和电气设备的里边；照射处于具有透射距离a/2位置上的绝缘材料的表面并使反射光从绝缘材料表面通过使用使反射光从绝缘材料的表面导向电器和电气设备外边的上述的接受光用光纤导入上述的光量测量单元，根据从上述的光量测量单元的输出值按照公式(1)计算各波长的反射吸收率(Aλ)，或是根据公式(2)处理任何二个波长的反射吸收率之间的反射吸收率差(ΔAλ)或是根据公式(3)处理任何二个波长的反射吸收率之间的反射吸收率比((Aλ′)；用比较方法对事先以总曲线形式存储的被测绝缘材料的劣化程度与数据处理过的反射吸收率差或是与数据处理过的反射吸收率比之间的关系进行数据处理，由此判断绝缘材料的劣化程度，Aλ＝-log(Rλ/100)                   …(1)ΔAλ＝Aλ1-Aλ2    (其中λ1＜λ2)   …(2)Aλ′＝Aλ1/Aλ2    (其中λ1＜λ2)   …(3)其中被测绝缘材料在波长λ(纳米)上的反射率被假定为Rλ(％)。

13.根据权利要求12的电器和电气设备的劣化诊断装置，其特征在于绝缘介质是液体全氟化碳、矿物油系列绝缘油、SF₆气体和空气之一。

14.根据权利要求12的电器和电气设备的劣化诊断装置，其特征在于被测反射光强度的绝缘材料是纤维素系列绝缘纸、牛皮纸、压制纸板和模压树脂之一。

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