一种智能电力机车牵引变压器在线监测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种智能电力机车牵引变压器在线监测系统及方法，基于光声光谱技术，使用多级滤光片和电磁阀对光声池内实现了分时分区测量，结合膜渗透油气分离技术，实现了小型化的变压器油中气体混合气体浓度的无损检测，克服了多光声池光声光谱系统体积大的缺点，具有灵敏度高、稳定性好、尺寸小、寿命长、成本低等优点，特别适用于空间有限的智能电力机车内牵引变压器（变压器油中混合气体含量）的在线监测。监测。监测。

【技术实现步骤摘要】
一种智能电力机车牵引变压器在线监测系统及方法


[0001]本专利技术涉及到一种变压器在线监测系统及方法，尤其是一种智能电力机车牵引变压器在线监测系统及方法。

技术介绍

[0002]现有的激光光声光谱气体检测系统设有光声池，在每个光声池左右两端对应设有红外窗片（增透真空双层石英透镜），在位于左端的红外窗片外侧设有由单片机调制发光的激光光源，与光声池相通有进气管和出气管，进气管和出气管有控制气体流量的电磁阀，在光声池谐振区中间设置有声音探测口及微音器，微音器依次通过电压采集器与单片机相接，单片机分别通过电流控制器、温度控制器与激光器相接。因被测气体的种类已经确定，故需要设置与被测气体种类相等的多个激光器及光声池，而且每个激光器的工作波长等于对应的被测气体吸收波长。检测时，单片机控制多个激光器依次发光并通过增透真空双层石英透镜及光声池，此时因激光工作波长与被测气体吸收波长相等，故在被测气体中产生光谱吸收，所吸收的光能量通过声音探测口、微音器、电压采集器及单片机而转换成光声光谱，从而检测出相应被测气体的浓度。
[0003]变压器是电力机车的主要设备之一，监测变压器运行状态是预防突发性断电的一项重要工作。油浸式变压器由于局部过热、局部放电或电弧放电等问题，会导致变压器内绝缘材料和变压器油发生老化分解，产生CO、CO2、CH4、C2H2等气体，研究发现可以通过监测变压器油中混合气体浓度来预警变压器故障隐患。传统的的变压器油中混合气体检测技术有气相色谱法、光声光谱气体检测法、基于膜渗透原理的化学检测法及基于膜渗透原理的激光光声光谱检测法。气相色谱法、光声光谱气体检测法需要油气分离装置将油样脱气后进行检测，因油气分离装置体积较大无法应用于电力机车变压器油中混合气体浓度的在线检测；基于膜渗透原理的化学检测法，需要采用特定组分的气体传感器对经过渗透膜的混合气体浓度进行检测，由于交叉敏感问题导致检测精度较低；基于膜渗透原理的激光光声光谱检测法，则需要多个激光器以及光声池实现多组分气体的监测，当组分较多时，成本高且体积较大。

技术实现思路

[0004]本专利技术是为了解决现有技术所存在的上述技术问题，提供一种智能电力机车牵引变压器在线监测系统及方法。
[0005]本专利技术的技术解决方案是：一种智能电力机车牵引变压器在线监测系统，有光声池，所述光声池左右两端对应设有红外窗片，在位于左端的红外窗片外侧设有红外LED光源，所述光声池内横向上均布有竖向设置的N
‑
1个滤光片，所述N为被测气体种类个数，所述N
‑
1个滤光片从左至右依次为第一滤光片、第二滤光片
……
第N
‑
1滤光片，所述第一滤光片、第二滤光片
……
第N
‑
1滤光片的通光波长范围依次缩小，第一滤光片为包括N
‑
1种气体光谱吸收峰所在波段，第二滤光片为包括N
‑
2种气体光谱吸收峰所在波段，
……
，第N
‑
1滤光片为
一种气体光谱吸收峰所在波段；所述N
‑
1个滤光片将光声池均分为N个独立的光声池单元，从左至右依次为第一光声池单元、第二光声池单元
……
第N 光声池单元，每个光声池单元设有微音器，从左至右依次为第一微音器、第二微音器
……
第N 微音器；设有油室，所述油室设有进油口及出油口，在油室上还设有油气渗透膜，与油气渗透膜相接有气室，所述气室分别通过第一电磁阀、第二电磁阀
……
第N 电磁阀与第一光声池单元、第二光声池单元
……
第N 光声池单元对应相接，所述气室（8）与每个光声池单元体积比至少为20:1，所述气室还通过总电磁阀与吸气泵相接；设有单片机，所述第一微音器、第二微音器
……
第N 微音器通过多通道电压采集器与单片机相接，所述单片机分别与第一电磁阀、第二电磁阀
……
第N 电磁阀、总电磁阀及吸气泵相接。
[0006]一种上述智能电力机车牵引变压器在线监测系统的监测方法，依次按照如下步骤进行：步骤1：单片机控制第一电磁阀、第二电磁阀
……
第N 电磁阀及总电磁阀同时开启，之后控制吸气泵开启并工作至少1分钟，再控制第一电磁阀、第二电磁阀
……
第N 电磁阀、总电磁阀及吸气泵同时关闭并保持至少2小时；步骤2：单片机对红外LED光源进行调制，使红外LED光源发出设定频率的光束并依次穿过第一滤光片、第二滤光片
……
第N
‑
1滤光片；步骤3：单片机依次分别控制第N 电磁
……
第二电磁阀及第一电磁阀开启，每开启一个电磁阀的同时关闭其它电磁阀，则单片机通过第N 微音器、多通道电压采集器获得电压值U
N，
……
，通过第二微音器、多通道电压采集器获得电压值U2，通过第一微音器、多通道电压采集器获得电压值U1，设N种气体浓度分别为A1、A2、
……
A N ，则 U
N = K
N *A N
、
……
、U3‑
U2= K
2 *A2、U2‑
U
1 = K
1 * A1；A
1 =（U2‑
U1）/ K
1 ，A
2 =（U3‑
U2）/ K2，
……
，A N
= U
N
/ K
N
，所述K
N
……
K2、 K1是采用标准混合气体进行标定的常数。
[0007]本专利技术基于光声光谱技术，使用多级滤光片和电磁阀对光声池内实现了分时分区测量，结合膜渗透油气分离技术，实现了小型化的变压器油中气体混合气体浓度的无损检测，克服了多光声池光声光谱系统体积大的缺点，具有灵敏度高、稳定性好、尺寸小、寿命长、成本低等优点，特别适用于空间有限的智能电力机车内牵引变压器（变压器油中混合气体含量）的在线监测。
附图说明
[0008]图1是本专利技术实施例的结构示意图。
[0009]图2是本专利技术实施例的电路原理图。
具体实施方式
[0010]本专利技术的智能电力机车牵引变压器在线监测系统如图1、2所示：与现有技术相同有光声池1，所述光声池1左右两端对应设有红外窗片2，红外窗片2为JGS3石英材质，两端镀有全波段增透膜，透过率大于99.5%，在位于左端的红外窗片2外侧设有红外LED光源3，所述红外LED光源3是一种通过电流直接调制的半导体冷光源，发射谱为中红外波段连续光谱，输出光可通过透镜进行聚焦调节发散角。与现有技术所不同的是光声池1内横向上均布有竖向设置的N
‑
1个滤光片，由于电力机车变压器油中被测气体有CO、CO2、CH4、C2H2四种气体，
即N=4，故设置了3个滤光片。3个滤光片是通过在JGS3石英材质的光学透镜两测增镀指定波段透射本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1. 一种智能电力机车牵引变压器在线监测系统，有光声池（1），所述光声池（1）左右两端对应设有红外窗片（2），在位于左端的红外窗片（2）外侧设有红外LED光源（3），其特征在于：所述光声池（1）内横向上均布有竖向设置的N
‑
1个滤光片，所述N为被测气体种类个数，所述N
‑
1个滤光片从左至右依次为第一滤光片、第二滤光片
……
第N
‑
1滤光片，所述第一滤光片、第二滤光片
……
第N
‑
1滤光片的通光波长范围依次缩小，第一滤光片为包括N
‑
1种气体光谱吸收峰所在波段，第二滤光片为包括N
‑
2种气体光谱吸收峰所在波段，
……
，第N
‑
1滤光片为一种气体光谱吸收峰所在波段；所述N
‑
1个滤光片将光声池（1）均分为N个独立的光声池单元，从左至右依次为第一光声池单元、第二光声池单元
……
第N 光声池单元，每个光声池单元设有微音器，从左至右依次为第一微音器、第二微音器
……
第N 微音器；设有油室（4），所述油室（4）设有进油口（5）及出油口（6），在油室（4）上还设有油气渗透膜（7），与油气渗透膜（7）相接有气室（8），所述气室（8）分别通过第一电磁阀、第二电磁阀
……
第N 电磁阀与第一光声池单元、第二光声池单元
……
第N 光声池单元对应相接，所述气室（8）与每个光声池单元体积比至少为20:1，所述气室（8）还通过总电磁阀（9）与吸气泵（10）相接；设有单片机（11），所述第一微音器、第二微音器
……
第N 微音器通过多通道电压采集器（12）与单片机（11）相接，所述单片机（11）分别与第一电磁阀、第二电磁阀
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王世有，胡学秋，刘枭，王怀志，赵丹，刘旺，李传国，张军廷，李博，吕震，
申请(专利权)人：大连世有电力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：