專利名稱：在線式電力變壓器故障監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種電力工程技術(shù)領(lǐng)域的在線監(jiān)測系統(tǒng)，具體涉及一套在線 式電力變壓器故障監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，電力行業(yè)積極應(yīng)用在線監(jiān)測技術(shù)，開展狀態(tài)維修，加強設(shè)備的常規(guī) 測試和綜合分析，及時消除了一些設(shè)備隱患，使全國電網(wǎng)2001年的供電可靠率高 達99.99%，但這與發(fā)達國家的供電可靠率相比仍有很大差距。電氣設(shè)備故障，尤 其是電力變壓器故障， 一直是危害電網(wǎng)穩(wěn)定安全運行的主要因素。因此，對電力 變壓器的運行狀態(tài)進行實時在線監(jiān)測顯得尤為重要。
充油式電力變壓器的內(nèi)部主要絕緣材料有變壓器油，紙和紙板等A級絕緣材 料，在長期運行過程中，當(dāng)發(fā)生局部放電，火花放電和油過熱等故障時，就會導(dǎo) 致變壓器油，紙等發(fā)生裂解，從而產(chǎn)生一些特征氣體如CH4， C2H4， H2， CO，C02,C2H2 等，而這些氣體之后又溶解于絕緣油中。因此，分析油中溶解的故障氣體的成分 和比例，可以及時判斷潛伏性故障的類型，程度及發(fā)展趨勢。經(jīng)過調(diào)研得知，目 前變電站，發(fā)電廠等電力部門，主要采用的變壓器故障診斷方法都是基于實驗室 油中溶解氣的色譜分析，技術(shù)相對比較成熟，然而，隨著科技的發(fā)展，以及智能 化水平的提高，電力部門也對電氣設(shè)備的智能診斷和監(jiān)測提出了更高要求。因此， 越來越多的基于油中溶解氣體色譜分析的在線監(jiān)測設(shè)備已經(jīng)面世，盡管取得了一 定程度的效果，但仍然存在許多問題。
經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，孫才新等所著的《電氣設(shè)備油中氣體在線 監(jiān)測與故障診斷》 一書(科學(xué)出版社，2003年第一版，北京)提到，目前，為了 實現(xiàn)變壓器油中溶解氣體的實時或定時監(jiān)測以及時發(fā)現(xiàn)故障，近十幾年來，國內(nèi) 外都致力于在線監(jiān)測及診斷設(shè)備的研制，相繼研制出了一些具有實用價值的油中 溶解氣體在線監(jiān)測及診斷裝置。主要包括以半導(dǎo)體傳感器作為檢測器的在線監(jiān)測儀器，以催化燃燒型傳感器為檢測器的在線監(jiān)測系統(tǒng)，以燃燒電池型傳感器的
在線監(jiān)測系統(tǒng)，以光敏氣體傳感器為檢測器的在線監(jiān)測系統(tǒng)，采用色譜分析的在
線監(jiān)測系統(tǒng)，基于傅立葉紅外光譜技術(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)等等。目前應(yīng)用最為廣泛的
基于色譜技術(shù)的電力變壓器故障在線監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)按照功能單元分有(1)載
氣系統(tǒng)。包括氣源、氣體凈化、氣體流速控制和測量；(2)進樣系統(tǒng)。包括進樣
器、脫氣室——通過高分子透氣膜進行油氣分離和取氣；(3)色譜柱。包括恒溫
控制裝置——將多組分樣品分離為單個獨立的組分；(4)檢測系統(tǒng)。包括檢測器，
控溫裝置；(5)記錄系統(tǒng)。包括放大器、記錄儀、有的儀器還有數(shù)據(jù)處理裝置，
為便于準確快速檢測，GOMS， GC-FTIR也是常用的聯(lián)合檢測組成。但是，上述在
線監(jiān)測系統(tǒng)均有其致命弱點?；趥鞲衅鞯脑诰€監(jiān)測系統(tǒng)具有線性度差，且對氣
體的選擇性不夠理想，而基于色譜分析的在線監(jiān)測設(shè)備，由于儀器中采用色譜柱
等易耗器件，且大部分儀器還采用透氣膜取氣的方式進行油氣分離，同時監(jiān)測過
程中還要使用載氣，導(dǎo)致整套儀器體積笨重，成本昂貴，并且需要頻繁維護更新
元件，給電力工作人員帶來很多操作上的麻煩。而基于傅立葉紅外光譜技術(shù)的在
線監(jiān)測設(shè)備卻不能檢測重要的特征氣H2，同時當(dāng)氣體濃度過低時透射穿過樣品的
紅外光強度與氣體濃度仍然具有非線性的問題，而且由于光的散射，反射所造成
的誤差較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)上的不足，提出了一套在線式電力變壓器故障 光聲光譜監(jiān)測系統(tǒng)，使其基于光聲光譜技術(shù)，通過從運行中的變壓器提取少量油 樣，然后經(jīng)過超聲和真空配合脫氣，接著對所脫出來的氣體進行紅外激發(fā)，此時 各種氣體就會在經(jīng)過適當(dāng)頻率調(diào)制后的紅外光照射下產(chǎn)生周期性的振動，并發(fā)射 出微弱的聲波，再通過微音器就可檢測到該聲波信號，從而獲取變壓器油中故障 氣體的成分，進一步對變壓器運行狀態(tài)進行相應(yīng)的診斷。
本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括可調(diào)諧級聯(lián)二極管激光器 及其驅(qū)動器、步進電機、凸透鏡、油氣分離室、油泵、光聲腔、鎖相放大器、數(shù) 據(jù)采集卡、激光功率計、數(shù)字記錄儀、真空泵、PLC (Programmable Logic Control, 可編程邏輯控制器)控制模塊、計算機。其中油氣分離室位于整套系統(tǒng)的最下 方，其出氣口與光聲腔的進氣口相連接?？烧{(diào)諧級聯(lián)二極管激光器位于光聲腔和
5凸透鏡的左側(cè)，可調(diào)諧級聯(lián)二極管激光器所發(fā)射出來的紅外光線經(jīng)過凸透鏡匯聚 縮小光斑后射入到光聲腔中，且凸透鏡的軸心與光聲腔的上部諧振管的軸心共線 準直，光聲腔設(shè)置于可調(diào)諧級聯(lián)二極管激光器及凸透鏡的右側(cè)。光聲腔的外壁設(shè) 置有微音器，微音器的輸出端串連有鎖相放大器，鎖相放大器后邊接數(shù)據(jù)采集卡， 數(shù)據(jù)采集卡數(shù)字記錄儀的輸入口相連。激光功率計設(shè)置于光聲腔的出射窗右側(cè)，
檢測口軸心對準光聲腔的諧振管的中軸線，真空泵設(shè)置于整個儀器的右下角位置， 其抽真空口與光聲腔的出氣口連接，排氣口后串接兩個電磁閥，其中一個通過管 道接回到油氣分離室，另一個電磁闊通向外界空氣用于排放氣體，真空泵用于對 光聲腔抽真空和促使檢測氣體的循環(huán)流動。油泵安裝在油氣分離室的左下角的排 油口，可以起促使油樣循環(huán)回流的作用。PLC模塊安裝在光路和油路系統(tǒng)的右側(cè)， 其輸入輸出端子分別接各個電磁閥和繼電器，用來控制電氣部件的精確運行，而 且該模塊自帶通信接口 ，可以通過有線或無線的通信方式與遠程計算機進行通信。 計算機安放于監(jiān)控室，可以通過計算機對該在線監(jiān)測系統(tǒng)進行遠程控制。
所述可調(diào)諧級聯(lián)二極管激光器數(shù)目為7個，分別對應(yīng)變壓器油中溶解的特征性 故障氣體C02、 C2H2、 C2H6、 C2H4、 CH4、 CO 、 H20,且7個可調(diào)諧級聯(lián)二極管激光器中 心對稱緊密排列鑲嵌在一個圓盤上，該圓盤中軸套在步進電機的轉(zhuǎn)軸上，從而可 以在步進電機的帶動下旋轉(zhuǎn)。每個可調(diào)諧級聯(lián)二極管激光器對應(yīng)的特征波長分別 為1960nm， 1520nm， 11610nm， 9430nm， 1650nm， 2330nm, 1390nm為中心波長，分
別用來檢測電力變壓器油中溶解氣體的含量，且它們發(fā)出的紅外光線均可通過電 源直接調(diào)制，調(diào)制頻率可以到達4GHz以上，調(diào)制電源可以通過為其專門配置的控 制器來調(diào)制，同時該控制器自帶有同步調(diào)制頻率輸出接口，可以將該接口與鎖相 放大器的輸入口相連接，從而為鎖相放大器提供參考頻率。
所述步進電機安裝于可調(diào)諧級聯(lián)二極管激光器的前面，且步進電機的輸出轉(zhuǎn) 軸穿過鑲嵌有可調(diào)諧級聯(lián)二極管激光器的圓盤軸心，且二者緊連接。當(dāng)步進電機 在PLC控制器發(fā)出的驅(qū)動信號步進式旋轉(zhuǎn)時，在其帶動下，各個不同波長的可調(diào) 諧級聯(lián)二極管激光器紅外光源可以依次對準凸透鏡，從而將其發(fā)射出的紅外光經(jīng) 過凸透鏡會聚后射入到光聲腔的一個諧振管內(nèi)，進而對吸收該紅外光波長的氣體 分組進行檢測。
所述凸透鏡安裝在可調(diào)諧級聯(lián)二極管激光器的正前方，其軸心與紅外光束平行放置，且對準二極管激光器。與此同時，凸透鏡軸心對準位于光聲腔的上半部 的諧振管的軸線。
所述的油氣分離室為圓柱形，設(shè)置于儀器的下半部，避免與光路發(fā)生直接接 觸，油氣分離室的底座設(shè)置有超聲振動裝置，油氣分離室頂部設(shè)置有進油閥和進 氣閥，其中進氣閥通過不銹鋼管與變壓器的取油閥相連接，而該進氣口通過聚四 氟乙烯管與光聲腔的抽真空泵的排氣口相連接，下部設(shè)置有回油闊，回油閥為外 側(cè)通過不銹鋼管與油泵相連接，油氣分離室的上部側(cè)面設(shè)置有出氣口，并且該出 氣口通過聚四氟乙烯管與光聲腔的入氣口相連接。油氣分離室具有很好的氣密性。
所述的油泵，安裝在油氣分離室的外邊，同時該油泵還通過不銹鋼管和變壓 器的另一取油口相連。該油泵的功能是用來將己經(jīng)脫氣徹底的油樣再泵回到變壓 器中去。該油泵的控制同樣是通過PLC控制器來控制的。
所述的光聲腔采用諧振差分工作模式，為圓柱形的空腔，內(nèi)部有兩根諧振管 平行并列上下排列。光聲腔設(shè)置于凸透鏡的正前方，光聲腔的入射窗口的中心與 光聲腔內(nèi)部位于上部的諧振管中軸線相重合，并且與紅外光束共線，必需保證紅 外光束可以毫無阻擋地入射到該諧振管中去。位于光聲腔下側(cè)的諧振管不透過紅 外光線。而且設(shè)計中通過聲波諧振原理確定尺寸，以達到聲波信號的進一步放大。 光聲腔的側(cè)壁正中位置上下側(cè)壁各自設(shè)有一個微音器，且光聲腔左右兩端設(shè)有聲 緩沖濾波器。光聲腔的入射光窗口和出射光窗口采用ZnSe玻璃窗，目的是最大限 度減小紅外光的反射損耗。當(dāng)經(jīng)過調(diào)制后的具有某一特定波長的紅外光入射到光 聲腔后，光聲腔內(nèi)的氣體分子在紅外光的激發(fā)下發(fā)生熱輻射，與該波長相對應(yīng)的 氣體分子會在該熱源的作用下發(fā)生與調(diào)制頻率相同的振動，并發(fā)出聲波。但是由 于該聲波相當(dāng)微弱，必須通過具有高靈敏度的微音器或壓電傳感器才能夠檢測到。 光聲腔的入氣口和出氣口設(shè)置在聲波的波節(jié)位置，進一步減小氣體的湍流所造成 的噪聲干擾誤差。
本發(fā)明采用了鎖相放大器，目的在于能從大量噪聲中提取所需要的信息。鎖 相放大器是一種能測量極微弱的連續(xù)周期性信號的儀器。這些微弱信號可以小至 10納伏特(nV)，甚至隱藏在大它數(shù)千倍的噪聲當(dāng)中，亦能精確的測得。連續(xù)周期 性信號與噪聲不同之處在于，前者具有固定的頻率及相位，后者則雜亂無章。鎖 相放大器便是利用"相位靈敏偵測(phase-sensitive detection, PSD)"的技術(shù)以取得具有特定頻率與相位的信號，而不同于此頻率的噪聲則被抑制下來，使 輸出信號不受噪聲影響。該鎖相放大器的參考頻率由可調(diào)諧級聯(lián)二極管激光器的 驅(qū)動器輸出，最后將該鎖相放大器的輸出端與數(shù)據(jù)采集卡相連接。
所述的激光功率計用來檢測紅外光能量是否衰減，如果有能量衰減的情況出 現(xiàn)，可以以此能量作為參考，進行輸出信號的歸一化，減小由于能量衰減導(dǎo)致的 誤差，激光功率計設(shè)置于光聲腔的出射窗右側(cè)，檢測口軸心對準光聲腔的諧振管 的中軸線，以能很好地接收出射的紅外光束。
所述的數(shù)字記錄儀內(nèi)部自帶微處理器芯片，并且?guī)в幸壕э@示屏，可以對測 量結(jié)果進行存儲和顯示，便于現(xiàn)場觀測。
所述的真空泵是保證儀器每次測量之前均處于很好的真空狀態(tài)，同時還可以 作為被檢測氣體的循環(huán)流動提供動力，設(shè)置于儀器的最末端，其排氣口接有一個T 形管， 一端通過電磁閥和聚四氟乙烯管與油氣分離室的進氣口相連接，另一端通 過電磁閥與外界大氣相通用來排氣。且真空泵的入口通過電磁閥和聚四氟乙烯管 與光聲腔的出氣口相連接，由于聚四氟乙烯管有一定的柔韌性，因而可以在一定 程度上緩沖真空泵工作時所造成的振動等噪聲。
所述的PLC模塊安裝于整套系統(tǒng)的最右側(cè)，起到對整套系統(tǒng)的所有電磁閥， 真空泵，回油泵，數(shù)字記錄儀等電器的控制作用。同時還起到對每個電器部件的 故障診斷作用。其通信功能可以方便的實現(xiàn)安裝現(xiàn)場與主機服務(wù)器之間的接口通 信。
計算機設(shè)置在監(jiān)控室內(nèi)，實現(xiàn)對整套系統(tǒng)的遠程監(jiān)控的功能，同時計算機內(nèi) 還設(shè)置有相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件，可以方便的實現(xiàn)變壓器故障的及時診斷。
本發(fā)明通過在線取油回油的方式對變壓器油樣進行及時采集，所采集的油樣 在油氣分離室中進行超聲波和真空脫氣分離，并將故障氣體注入到光聲腔中，氣 體在經(jīng)過電源直接調(diào)制具有不同波長的可調(diào)諧級聯(lián)二極管激光器所發(fā)射的紅外光 束作用下，發(fā)生周期性的振動，從而激發(fā)出聲波信號。當(dāng)該聲波信號被微音器檢 測到后，可以通過鎖相放大器放大，輸入到與數(shù)字記錄儀相連接的數(shù)據(jù)采集卡中， 而這些聲波信號與各種氣體分子的比重成正比，整套系統(tǒng)的電磁閥，真空泵，油 泵，電動機的控制均通過PLC控制，而且所檢測到的各組分濃度值可以通過PLC 的遠程通信接口傳輸?shù)奖O(jiān)控室的主機中去，從而方便地實現(xiàn)電力變壓器故障的實時在線式監(jiān)測，而且檢測靈敏度高，可檢測范圍寬，油氣分離難度低，體積小巧， 安裝方便。


圖1是本發(fā)明實例及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖； 圖2是本發(fā)明中的光聲腔結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案
為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護
范圍不限于下述的實施例。
如圖l所示，本實施例包括變壓器l,可調(diào)諧級聯(lián)式二極管激光器2，步進
電機3， 二極管激光器電源控制器4，凸透鏡5，光聲腔6，差分放大器7，鎖相放 大器8,數(shù)據(jù)采集卡及數(shù)字記錄儀9，激光功率計ll，電動真空泵12,油氣分離室18， 超聲波振蕩器19，回油泵20， PLC控制器24,計算機25。
油氣分離室18位于整套系統(tǒng)的最下部，其進油口經(jīng)過電磁閥16與變壓器1 的取油閥22通過不銹鋼管相連接，出油口經(jīng)電磁閥21和回油泵20與變壓器1的 回油閥23通過不銹鋼管相連接，油氣分離室18的進氣口經(jīng)電磁閥15與電動真空 泵12的排氣口處的電磁閥14通過聚四氟乙烯塑料管相連,其出氣口經(jīng)電磁閥17 與光聲腔6的進氣口21通過聚四氟乙烯塑料管相連,光聲腔6的出氣口 23經(jīng)電磁 閥10與電動真空泵12通過聚四氟乙烯塑料管相連,從而油氣分離室18-光聲腔6-電動真空泵12構(gòu)成一個閉合的氣路系統(tǒng)。超聲波振蕩器19安裝于油氣分離室18 的底部，而電動真空泵12的排氣口外還有個支路通過電磁閥13與外界大氣相連 接。步進電機3和二極管激光起電源控制器4并列安裝在可調(diào)諧級聯(lián)式二極管激 光器2的背后，系統(tǒng)上半部的最左側(cè)。鑲嵌有7個可調(diào)諧級聯(lián)式二極管激光器2 的圓盤軸心緊套在步進電機3的輸出轉(zhuǎn)軸上。凸透鏡5位于可調(diào)諧級聯(lián)式二極光 激光器2正前方，其軸心左半面與單個可調(diào)諧級聯(lián)式二極管激光器2，其軸心右半 面與光聲腔6的上半部諧振管28對準，以保證從上述可調(diào)諧級聯(lián)式二極管激光器 中射出的紅外光束可以完全無損耗地射入光聲腔6的諧振管28中。光聲腔6設(shè)置 于凸透鏡5的正前方。光聲腔6的外壁正中部位設(shè)置有上下兩個微音器27，微音 器27的輸出端串連差分放大器7，差分放大器輸出端串接有鎖相放大器8，鎖相
9放大器8的另一輸入端子串接于可調(diào)諧級聯(lián)式二極管激光器2的調(diào)制信號同步頻 率輸出端子，而鎖相放大器8的輸出端串接有數(shù)據(jù)采集卡及數(shù)字記錄儀9，差分放 大器7與鎖相放大器8及數(shù)字記錄儀9 一起封裝于該儀器系統(tǒng)的最右上角位置， 三者之間通過電線相連，同時三者外邊用鋁盒屏蔽包裝，防止外部電磁干擾。激 光功率計11設(shè)置于光聲腔6的出射窗右側(cè)，檢測口軸心對準光聲腔6的諧振管28 的中軸線，電動真空泵12設(shè)置于整個儀器的右下角位置，其抽真空口與光聲腔6 的出氣口 23通過聚四氟乙烯管相連接，用于對光聲腔6抽真空及故障特征樣氣的 循環(huán)流動。在線監(jiān)測系統(tǒng)中的所有可控電器均通過電線連接到PLC控制器24的輸 入和輸出端，并且在PLC控制器24的統(tǒng)一控制下工作。監(jiān)測到的數(shù)據(jù)可以經(jīng)由有 線和無線兩種通信方式，任選一種進行遠程通信，從而把數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h程計算機 25中。
本實施例中，油氣分離室18材料為不銹鋼，容積為400ml，油氣分離室18 下部安裝有超聲振蕩器19。
本實施例中，采用微音器27產(chǎn)品為Bruel&Kjear-4176，靈敏度為50mV/Pa。 本實施例中，采用的鎖相放大器8的型號為SR850。
本實施例中，激光功率計11設(shè)置于光聲腔6的出射窗右側(cè)，檢測口軸心對準 光聲腔6的諧振管28的中軸線。
所述的數(shù)字記錄儀9內(nèi)部自帶數(shù)據(jù)采集卡，并且?guī)в幸壕э@示屏，可以對測 量結(jié)果進行存儲和顯示。
所述的電動真空泵12的入口通過聚四氟乙烯管與光聲腔6的出氣口 23相連接。
本實施例中，系統(tǒng)工作時，首先開啟閥門IO， 13， 15， 17，然后，啟動電動 真空泵12,對整個儀器進行抽真空，以保證儀器測量之前具有很好的真空度，從 而提高檢測靈敏度；當(dāng)抽真空完畢后，則關(guān)閉閥門13，并開啟閥門16向油氣分離 室18中注油，其中閥門16為注油閥，設(shè)置于油氣分離室18的頂部。當(dāng)油樣油氣 分離室中的油樣達300ml時，關(guān)閉閥門16，同時啟動超聲振蕩器19，對油樣進行 脫氣，lmin左右后，便可開啟閥門17, 10， 14， 15，同時開啟電動真空泵12，此 時電動真空泵12的氣流速度為50ml/min，可以很好地保證氣流的連續(xù)流動性，這 樣通過超聲脫氣分離出來的故障氣體可以源源不斷的流入到光聲腔6中，而從光聲腔6流出的氣體又可通過電動真空泵12循環(huán)流回到油氣分離室18的進氣口。 在氣流循環(huán)流動的同時，開啟的可調(diào)諧級聯(lián)式二極管激光器2向光聲腔6中射入 相應(yīng)波長的紅外光，于是光聲腔6中的對應(yīng)波長氣體分子吸收該紅外光，并產(chǎn)生 與調(diào)制頻率相當(dāng)?shù)闹芷谛哉袷幮盘?，該信號產(chǎn)生的聲波被光聲腔6中部位置安放 的微音器27接收，然后經(jīng)過差分放大器7和鎖相放大器8的放大濾波作用，獲得 該頻率的信號幅值，所獲得的模擬信號幅值最終要記錄到數(shù)字記錄儀9中，光聲 檢測裝置在不停地采集數(shù)據(jù)，當(dāng)前后兩次采集的數(shù)值相差不超過lppm時及可將該 數(shù)據(jù)記錄下來，表明此時脫氣完全，當(dāng)每種氣體均檢測完畢，則可關(guān)閉超聲振蕩 器19，開啟閥門21和回油泵20將脫氣后的油樣泵回到變壓器1中。
如圖2所示，光聲腔6包括進氣口30，出氣口31，微音器27，聲緩沖器26， ZnSe玻璃窗32，上聲諧振管28,下聲諧振管29。
光聲腔6通過圓柱型不銹鋼加工而成，不銹鋼筒內(nèi)部加工成啞鈴狀空腔，左 右兩端內(nèi)徑較大的空腔留作聲緩沖器26，而中部位置有內(nèi)徑較小的兩個聲諧振管， 上聲諧振管28和下聲諧振管29。在光聲腔6軸向中點位置的外壁上加工有安放上 下安裝兩個微音器27的內(nèi)徑約2-3cm，深度為3-4cm的圓柱孔，然后將微音器27 嵌入該孔。在光聲腔6的聲緩沖器26外側(cè)，設(shè)置有ZnSe玻璃窗32，該ZnSe玻璃 窗32通過螺紋旋轉(zhuǎn)的方式與光聲腔體緊密連接，具有很好的氣密性。進氣口 30 焊接在光聲腔6的左端聲緩沖器26的下管壁上，同時此處管壁開有內(nèi)徑約2mm的 微型圓孔用于進氣，而出氣口 31焊接于光聲腔6最右端的聲緩沖器26的下管壁 上，同樣此處管壁內(nèi)壁開有內(nèi)徑約2rara的微型圓孔用于排氣，此外進氣口30和出 氣口 31上還設(shè)置有電磁閥門。
故障氣體從進氣口 30緩緩流入，為了減小氣流流速對光聲信號造成的干擾， 要在進氣口 30和出氣口 31兩端均設(shè)置有聲緩沖器26;當(dāng)氣體流入到上聲諧振管 28時，在紅外光激勵下產(chǎn)生的聲波信號將被進一步放大，-放大后的信號則被位于 光聲腔6中部的微音器27接收，上下兩個微音器27檢測到的信號經(jīng)差分放大， 可以進一步抑制背景噪聲的干擾。上下兩個微音器27被安裝在光聲腔6的中部， 正好處與聲波波腹位置，信號幅值最強，而光聲腔6兩端的聲緩沖區(qū)26則位于聲 波的波節(jié)位置；入射窗和出射窗的玻璃采用ZnSe玻璃32，目的在于最大程度上削 弱由于透視窗的散射造成的光能量損失。
11該系統(tǒng)自帶降壓變壓模塊可以直接工作在220V電壓下。 本實施例的效果和特點
1. 7個中心波長分別為1960nm， 1520nm， 11610nm， 9430nm， 1650nm， 2330nm， 1390nm的可調(diào)諧級聯(lián)二極管激光器，不需要濾光片分；
2. 采用電源直接調(diào)制，避免了引入機械斬波器等造成的干擾；
3. 油氣分離室通過超聲波振動進行脫氣，采用不銹鋼做材料，內(nèi)部設(shè)置有液 位檢測器，外部安裝有回油泵；
4. 光聲腔為圓柱形諧振差分式光聲腔，光聲腔兩端透光窗口采用ZnSe玻璃 片減小紅外光的衰減，上述光聲腔采用不銹鋼為材料，可以有效隔離外部機械振 動噪聲和其他電磁千擾，內(nèi)部使用拋光液進行拋光，減小氣體分子在腔壁的吸附
導(dǎo)致的誤差，內(nèi)部有上下兩根聲諧振管，光聲腔中部有上下兩個微音器；
5. 采用微音器和鎖相放大器進行信號采集和放大，靈敏度高，且有很好的噪 聲抑制作用；
6. 經(jīng)過鎖相放大器輸出的模擬信號通過數(shù)據(jù)采集卡輸入到數(shù)字記錄儀記錄該 信號，并且數(shù)字顯示測量結(jié)果；
7. 光聲腔末端設(shè)置有激光功率計，用來測量顯示當(dāng)前紅外光能量，便于操作 人員即時參考，對數(shù)字記錄儀的信號進行歸一化，進一步減小測量誤差；
8. 系統(tǒng)所有電磁閥和電動泵等電器均通過PLC統(tǒng)一控制，具有自診斷功能；
9. 上述監(jiān)測系統(tǒng)主機與遠程計算機可以通過無線和有線兩種通信方式傳輸數(shù)據(jù)。
1權(quán)利要求
1、一種在線式電力變壓器故障光聲光譜監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括可調(diào)諧級聯(lián)二極管激光器7個、油氣分離室、光聲腔、鎖相放大器、可調(diào)諧級聯(lián)二極管激光器電源控制器、差分放大器、凸透鏡、激光功率計、數(shù)字記錄儀、回油泵、電動真空泵、PLC控制器、計算機，其中油氣分離室位于整個儀器的最下端，油氣分離室出氣口與光聲腔的進氣口相連接，而油氣分離室的進氣口又與電動真空泵的排氣口相通，構(gòu)成一個閉合的氣流回路，可調(diào)諧級聯(lián)式二極管激光器作為紅外光源位于光聲腔和凸透鏡的左側(cè)，單個可調(diào)諧級聯(lián)式二極管激光器與光聲腔的上諧振管的軸心共線準直，光聲腔設(shè)置于凸透鏡的正前方，光聲腔的外壁有兩個微音器，微音器的輸出端串連有差分放大器后接鎖相放大器，鎖相放大器的輸出端經(jīng)數(shù)字采集卡與數(shù)字記錄儀相連接，鎖相放大器與差分放大器及數(shù)字記錄儀一起封裝于整個系統(tǒng)的右上角位置，三者之間通過電線相連，同時三者外邊用鋁盒屏蔽包裝，激光功率計設(shè)置于光聲腔的出射窗右側(cè)，檢測口軸心對準光聲腔的上諧振管的中軸線，電動真空泵設(shè)置于整個儀器的右下角位置，電動真空泵抽真空口與光聲腔的出氣口連接，而電動真空泵的排氣口連接有T形管，一個分支與油氣分離室的進氣口經(jīng)電磁閥相連接用于檢測氣流的循環(huán)流動，另一個分支經(jīng)電磁閥與外界大氣相通用于排氣抽真空。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的在線式電力變壓器故障光聲光譜監(jiān)測系統(tǒng)，其特征 是，所述的7個可調(diào)諧級聯(lián)式二極管激光器對應(yīng)的7個中心波長分別為1960nm， 1520nm， 11610nm， 9430nm， 1650nm， 2330nm， 1390nm。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的在線式電力變壓器故障光聲光譜監(jiān)測系統(tǒng)，其特征 是，所述的油氣分離室為圓柱形，其底座設(shè)有超聲振動裝置，油氣分離室頂部設(shè) 有注油閥和進氣口，下部設(shè)有回油閥和回油泵，油氣分離室的側(cè)面設(shè)有出氣口， 并且該出氣口通過聚四氟乙烯塑料管與光聲腔的入氣口相連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的在線式電力變壓器故障光聲光譜監(jiān)測系統(tǒng)，其 特征是，所述的油氣分離室材料為不銹鋼。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的在線式電力變壓器故障光聲光譜監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是，所述的光聲腔為圓柱形的空腔，光聲腔內(nèi)部有上下兩個聲諧振管，且上諧振 管軸線與紅外光束共線，光聲腔的側(cè)壁正中位置上下側(cè)均設(shè)有微音器，且光聲腔 左右兩端設(shè)有聲緩沖濾波器。
6、根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的在線式電力變壓器故障光聲光譜監(jiān)測系統(tǒng)，其 特征是，所述的光聲腔的入射光窗口和出射光窗口為ZnSe玻璃窗。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電力工程技術(shù)領(lǐng)域的在線式電力變壓器故障光聲光譜監(jiān)測系統(tǒng)，包括可調(diào)諧級聯(lián)二極管激光器7個、油氣分離室、光聲腔、鎖相放大器、可調(diào)諧級聯(lián)二極管激光器電源控制器、差分放大器、凸透鏡、激光功率計、數(shù)字記錄儀、回油泵、電動真空泵、PLC控制器、計算機。油樣在油氣分離室中進行超聲波脫氣分離，并將故障氣體注入到光聲腔中，電源直接調(diào)制后的紅外光束作用下，發(fā)生周期性的振動，從而激發(fā)出聲波信號。當(dāng)該聲波信號被微音器檢測到后，可以通過鎖相放大器放大后輸入到數(shù)字記錄儀中，通過數(shù)字記錄儀上的顯示數(shù)值判斷出電力變壓器當(dāng)前的運行狀態(tài)是否良好。同時，這些數(shù)據(jù)可以通過有線和無線通信的方式傳輸?shù)竭h程計算機中去。
文檔編號G01N29/34GK101498690SQ200910046340
公開日2009年8月5日 申請日期2009年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月19日
發(fā)明者毅 尹, 王僑華, 賀紹鵬, 金 顧 申請人:上海交通大學(xué)