一种变压器油中气体乙烯和乙炔的混合识别方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种变压器油中气体乙烯和乙炔的混合识别方法及系统，本发明专利技术通过对乙烯和乙炔重叠部分光谱特征的提取，建立对应的模型以识别乙烯和乙炔，解决了现有技术中识别乙烯和乙炔需要两次分别识别且需要定位仅有单一气体吸收的光的波长的技术问题，达到了使用两种气体的干涉光谱对两种气体进行识别的技术效果，提升了可用于识别的光谱范围，提高了识别成功率。

【技术实现步骤摘要】
一种变压器油中气体乙烯和乙炔的混合识别方法及系统
本专利技术涉及高压输电
，特别涉及一种变压器油中气体乙烯和乙炔的混合识别方法及系统。
技术介绍
变压器油是由天然石油经过蒸馏、精炼而获得的一种矿物油。它是由各种碳氢化合物所组成的混合物，其中，碳、氢两元素占其全部重量95%~99%，其他为硫、氮、氧及极少量金属元素等。石油基碳氢化合物有环烷烃、烷烃、芳香烃以及其他一些成分。电力变压器运行过程中变压器油会产生多种气体，根据多年来的运维经验可将其分为故障气体和正常气体。变压器服役过程中未出现异常状态时，其绝缘系统会随着服役时间的增长进行常规老化，该老化过程中会有部分气体生成，这些气体可以归为正常气体；当变压器发生故障时，其内部的绝缘材料会受到热或放电的作用而分解产生气体，这些气体归为故障气体。由国家质量监督局颁布的最新国家标准“变压器油中溶解气体分析和判断导则"中指出了变压器绝缘油的产气原理是由于绝缘油和固体绝缘材料在电及热作用下的分解；低能量放电故障促使最弱的CH键断裂，主要重新化合成氢气，乙烯在高于乙炔和乙烷的温度下生成；大量的乙炔是在电弧的弧道中产生；标准定义了“对判断充油电器设备内部故障有价值的特征气体：即氢气、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、一氧化碳、二氧化碳，并说明氧气和氮气，可作为辅助判断指标。因此对包含氧气在内的8种故障气体进行在线监测才能符合中国国家标准的要求，进一步监测氮气是国际新发展方向。现有技术对变压器油中气体的监测主要有气相色谱法、光声光谱法及电子检测法；其中，光声光谱法是基于光声效应的一种光谱技术，光声效应是由分子吸收电磁辐射（如红外线等）而造成，气体吸收一定量电磁辐射后其温度也相应升高，但随即以释放热能的方式退激，释放出的热量则使气体及周围介质产生压力波动，若将气体密封于容器内，气体温度升高则产生成比例的压力波，监测压力波的强度可以测量密闭容器内气体的浓度。现有技术中使用光声光谱法对不同气体的监测主要是寻找只有目标气体会产生压力波的光线波长，通过分别向油中气体发射找到的波长，当监测到压力波时则判断检测到对应的气体，并通过多光声池或单光声池不同时间监测的方式实现对多种气体的监测，然而由于多光声池的方式无法保障每个光声池的气体浓度一致，而单光声池的方式分时过短会造成测试间的干扰而增加间隔时间会给气体间相互反应留下时间，两种方式的测量都不准确，且显著依赖于只有目标气体会产生压力波的光线波长。
技术实现思路
本专利技术提供一种变压器油中气体乙烯和乙炔的混合识别方法及系统，通过使用两种气体都会产生压力波的波长光线，及对目标波长光线下不同浓度的气体的压力波特征进行提取，以实现两种气体的识别，解决了现有技术中现有的测量方式都不准确，且显著依赖于只有目标气体会产生压力波的光线波长的技术问题，达到了不使用只有目标气体会产生压力波的光线波长的情况下实现乙烯和乙炔的混合识别。本专利技术提出的变压器油中气体乙烯和乙炔的混合识别方法包括以下步骤：响应于输入的气体吸收光谱，对所述气体吸收光谱进行分析，筛选包含乙烯及乙炔所吸收的光的波长范围；根据筛选后的波长范围读取数据库中各个浓度下乙烯及乙炔的吸收光谱，以建立混合分类模型，并根据筛选后的波长范围读取数据库中各个浓度下其它油中气体的吸收光谱，以建立干扰特征模型；控制光源以所述筛选后的波长范围向光声池发射连续光线，并将收集到的振动频率转换为光声信号发送至所述混合分类模型及所述干扰特征模型，并根据两个模型的输出结果，识别所述光声池中的乙烯和/或乙炔气体。优选地，根据筛选后的波长范围读取数据库中各个浓度下乙烯及乙炔的吸收光谱，以建立混合分类模型，并根据筛选后的波长范围读取数据库中各个浓度下其它油中气体的吸收光谱，以建立干扰特征模型的步骤具体包括：根据所述筛选后的波长范围，将所述数据库中所有所述筛选后的波长范围的气体吸收光谱作为数据集，并将所述数据集分为不相交的训练集与测试集；将所述训练集中包含有乙烯及乙炔的气体吸收光谱作为所述混合分类模型的识别目标，将包含有其它油中气体的吸收光谱作为所述干扰特征模型的识别目标，分别进行训练；使用测试集对训练结果进行测试，以得到所述混合分类模型及所述干扰特征模型。优选地，所述控制光源以所述筛选后的波长范围向光声池发射连续光线，并将收集到的振动频率转换为光声信号发送至所述混合分类模型及所述干扰特征模型，并根据两个模型的输出结果，识别所述光声池中的乙烯和/或乙炔气体的步骤具体包括：控制所述光源以所述筛选后的波长范围向所述光声池发射连续光线；响应于所述光声池中气体的光声效应，采集所述光声效应的振动频率，并将所述光声效应的振动频率转换为光声信号；将所述光声信号转换为光谱，并使用所述混合分类模型及所述干扰特征模型对所述光声信号转换的光谱进行识别；根据所述混合分类模型及所述干扰特征模型的识别结果，得到所述光声池中的气体是否包含乙烯和/或乙炔。优选地，所述根据所述混合分类模型及所述干扰特征模型的识别结果，得到所述光声池中的气体是否包含乙烯和/或乙炔的步骤具体包括：根据所述干扰特征模型对所述光声信号转换的光谱进行识别，并去除识别为干扰特征的光谱；将去除干扰特征后的光谱发送至所述混合分类模型进行识别，得到光声池中的气体是否包含乙烯和/或乙炔。优选地，所述的变压器油中气体乙烯和乙炔的混合识别方法还包括：将所述光声信号转换的光谱及所述识别结果存储至数据库，并添加至所述训练集或测试集。优选地，所述的变压器油中气体乙烯和乙炔的混合识别方法还包括：所述混合分类模型为随机森林分类模型，统计所述识别结果为包含乙炔、包含乙烯及包含乙炔和乙烯的数量，并计算所述识别结果为包含乙炔、包含乙烯及包含乙炔和乙烯的概率；根据所述识别为干扰特征的光谱占所述筛选后的波长范围的比值，同比增加被干扰气体的权重；根据加权后的结果得到光声池中的气体是否包含乙烯和/或乙炔。优选地，所述根据加权后的结果得到光声池中的气体是否包含乙烯和/或乙炔的步骤具体包括：当所述加权后的识别结果中包含乙烯的概率低于预设阈值且包含乙炔的概率低于所述预设阈值而包含乙烯及乙炔的概率高于所述预设阈值时，或者当加权后的识别结果中包含乙烯的概率高于所述预设阈值且包含乙炔的概率高于所述预设阈值而包含乙烯及乙炔的概率低于所述预设阈值时，读取氢气的识别结果判断是否包含乙炔，使用上一次的识别结果判断是否包含乙烯，当存在氢气时，则判断光声池中的气体包含乙炔，当上一次的识别结果包含乙烯时，则判断光声池中的气体包含乙烯。本专利技术还提出一种服务器，所述服务器包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行变压器油中气体乙烯和乙炔的混合识别程序，所述变压器油中气体乙烯和乙炔的混合识别程序被所述处理器执行时实现如上所述的变压器油中气体乙烯和乙炔的混合识别方法的步骤。本专利技术还提出一种变压器油中气体乙烯和乙炔的混合识别系统，所述变压器油中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变压器油中气体乙烯和乙炔的混合识别方法，其特征在于，包括：/n响应于输入的气体吸收光谱，对所述气体吸收光谱进行分析，筛选包含乙烯及乙炔所吸收的光的波长范围；/n根据筛选后的波长范围读取数据库中各个浓度下乙烯及乙炔的吸收光谱，以建立混合分类模型，并根据筛选后的波长范围读取数据库中各个浓度下其它油中气体的吸收光谱，以建立干扰特征模型；/n控制光源以所述筛选后的波长范围向光声池发射连续光线，并将收集到的振动频率转换为光声信号发送至所述混合分类模型及所述干扰特征模型，并根据两个模型的输出结果，识别所述光声池中的乙烯和/或乙炔气体。/n

【技术特征摘要】
1.一种变压器油中气体乙烯和乙炔的混合识别方法，其特征在于，包括：
响应于输入的气体吸收光谱，对所述气体吸收光谱进行分析，筛选包含乙烯及乙炔所吸收的光的波长范围；
根据筛选后的波长范围读取数据库中各个浓度下乙烯及乙炔的吸收光谱，以建立混合分类模型，并根据筛选后的波长范围读取数据库中各个浓度下其它油中气体的吸收光谱，以建立干扰特征模型；
控制光源以所述筛选后的波长范围向光声池发射连续光线，并将收集到的振动频率转换为光声信号发送至所述混合分类模型及所述干扰特征模型，并根据两个模型的输出结果，识别所述光声池中的乙烯和/或乙炔气体。


2.根据权利要求1所述的变压器油中气体乙烯和乙炔的混合识别方法，其特征在于，根据筛选后的波长范围读取数据库中各个浓度下乙烯及乙炔的吸收光谱，以建立混合分类模型，并根据筛选后的波长范围读取数据库中各个浓度下其它油中气体的吸收光谱，以建立干扰特征模型的步骤具体包括：
根据所述筛选后的波长范围，将所述数据库中所有所述筛选后的波长范围的气体吸收光谱作为数据集，并将所述数据集分为不相交的训练集与测试集；
将所述训练集中包含有乙烯及乙炔的气体吸收光谱作为所述混合分类模型的识别目标，将包含有其它油中气体的吸收光谱作为所述干扰特征模型的识别目标，分别进行训练；
使用测试集对训练结果进行测试，以得到所述混合分类模型及所述干扰特征模型。


3.根据权利要求1所述的变压器油中气体乙烯和乙炔的混合识别方法，其特征在于，所述控制光源以所述筛选后的波长范围向光声池发射连续光线，并将收集到的振动频率转换为光声信号发送至所述混合分类模型及所述干扰特征模型，并根据两个模型的输出结果，识别所述光声池中的乙烯和/或乙炔气体的步骤具体包括：
控制所述光源以所述筛选后的波长范围向所述光声池发射连续光线；
响应于所述光声池中气体的光声效应，采集所述光声效应的振动频率，并将所述光声效应的振动频率转换为光声信号；
将所述光声信号转换为光谱，并使用所述混合分类模型及所述干扰特征模型对所述光声信号转换的光谱进行识别；
根据所述混合分类模型及所述干扰特征模型的识别结果，得到所述光声池中的气体是否包含乙烯和/或乙炔。


4.根据权利要求3所述的变压器油中气体乙烯和乙炔的混合识别方法，其特征在于，所述根据所述混合分类模型及所述干扰特征模型的识别结果，得到所述光声池中的气体是否包含乙烯和/或乙炔的步骤具体包括：
根据所述干扰特征模型对所述光声信号转换的光谱进行识别，并去除识别为干扰特征的光谱；
将去除干扰特征后的光谱发送至所述混合分类模型进行识别，得到光声池中的气体是否包含乙烯和/或乙炔。


5.根据权利要求4所述的变压...

【专利技术属性】
技术研发人员：易国华，童斌，代犇，夏历，罗浩，
申请(专利权)人：湖北鑫英泰系统技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42