基于荧光光谱校正的变压器油芳香烃浓度检测方法技术

基于荧光光谱校正的变压器油芳香烃浓度检测方法，属于变压器故障诊断技术领域，解决如何对当前条件下测得的变压器油芳香烃浓度进行修正，从而提高变压器油芳香烃浓度的检测精度的问题，本发明专利技术的方法通过最优激发波长的单色激发光激发变压器油产生荧光光谱，采用多元回归校正法建立变压器油荧光光谱与芳香烃化合物浓度之间的映射关系，设计多元校正滤光片计算当前条件下变压器油芳香烃浓度，采用定标系数修正当前条件下测得的变压器油芳香烃浓度，从而得到变压器油的真实芳烃浓度，消除了当前条件下的外部因素对变压器油芳香烃浓度检测精度的影响，提高了变压器油芳香烃浓度的检测精度。的检测精度。的检测精度。

【技术实现步骤摘要】
基于荧光光谱校正的变压器油芳香烃浓度检测方法


[0001]本专利技术属于变压器故障诊断
，涉及基于荧光光谱校正的变压器油芳香烃浓度检测方法。

技术介绍

[0002]变压器作为电能生产和配送过程中能量转换的核心，数量巨大，影响广泛，其运行状态直接影响电力系统的安全可靠运行，变压器一旦发生事故，不仅损坏昂贵(单台变压器价格高达5000万元)的电气设备，还会造成大面积的停电，甚至造成人员伤亡，环境污染，经济和社会损失巨大，因此对变压器运行状态的监控变得尤为重要。
[0003]变压器油是指用于变压器、电抗器、互感器、套管、油开关等充油电气设备中，起绝缘、冷却、灭弧作用的一类绝缘油品。变压器油是石油的一种分馏产物，它的主要成分是烷烃、环烷族饱和烃、芳香族不饱和烃和非烃化合物。变压器油在紫外线或X射线照射下可发出荧光。所谓的荧光是指一种光致发光的冷发光现象。当某种常温物质经某种波长的入射光(通常是紫外线或X射线)照射，吸收光能后进入激发态，并且立即退激发并发出比入射光的波长长的出射光(通常波长在可见光波段)；而且一旦停止入射光，发光现象也随之立即消失，具有这种性质的出射光就被称之为荧光。
[0004]变压器运行状态荧光检测技术(FMS)通过荧光检测装置分析变压器绝缘油的本身光学信号的变化，从而达到对变压器进行监控的目的；例如，申请公布日为2021年07月13日、申请公布号为CN113109682A的中国专利技术专利文献《一种变压器绝缘油荧光在线检测装置》，公布了的变压器绝缘油荧光在线检测装置具有灵敏度高，分析时间短、不受周围环境磁场和电场干扰、稳定性和重现性好等特点，可以实现变压器运行状态下的在线故障检测需求。
[0005]在变压器油特性不变的情况下，影响变压器油荧光强度的因素主要是当前条件下的外部因素，例如光源强度衰减、温度、装置响应等，这些当前条件下的外部因素导致变压器油芳香烃浓度的检测精度降低，不能满足精确定量检测的要求，因此需要消除外部因素的影响。

技术实现思路

[0006]本专利技术的所要解决的技术问题在于如何设计一种基于荧光光谱校正的变压器油芳香烃浓度检测方法，对当前条件下测得的变压器油芳香烃浓度进行修正，从而提高变压器油芳香烃浓度的检测精度。
[0007]本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的：
[0008]基于荧光光谱校正的变压器油芳香烃浓度检测方法，包括以下步骤：
[0009]S1、选择最优激发波长的单色激发光激发变压器油产生荧光光谱；
[0010]S2、采用多元回归校正法建立变压器油荧光光谱与芳香烃化合物浓度之间的映射关系，从而获得多元回归校正系数；
[0011]S3、将多元回归校正系数标准化后的正、负系数作为滤光片的透过率，根据透过率设计正多元校正滤光片和负多元校正滤光片用于计算当前条件下变压器油芳香烃浓度；
[0012]S4、计算定标系数用于修正当前条件下测得的变压器油芳香烃浓度，从而得到变压器油的真实芳烃浓度。
[0013]进一步地，步骤S1中所述的最优激发波长的选择方法如下：采集不同类型变压器油的三维荧光光谱数据，根据变压器油荧光光谱的荧光特征值分布范围，确定最优激发波长范围；以激发波长为横坐标、以主峰强度为纵坐标，比较不同激发波长下样本特征的主峰强度；以激发波长为横坐标、以采用变异系数为纵坐标，比较不同激发波长下样本特征的离散程度；选择主峰强度与变异系数均最大化的激发波长为单色最优波长LED激发光源(121)的激发波长；所述的变异系数的计算公式如下：其中，c
v
为变异系数，δ为标准差，μ为平均值，变异系数越大表示离散程度越大。
[0014]进一步地，步骤S2中所述的映射关系具体如下：
[0015]变压器油荧光光谱和芳香烃化合物浓度直接相关，采用多元线性回归计算芳香烃化合物浓度的计算公式：
[0016]c＝a1s1+a2s2+
…
+a
n
s
n
+b
[0017]其中，c为芳香烃浓度，a1～a
n
为第1～n个波段得到荧光光谱的多元回归校正系数，s1～s
n
为第1～n个波段的荧光光谱，b为偏置系数；
[0018]芳香烃化合物浓度的多元线性回归校正计算公式的向量形式为：
[0019]c＝s
·
a+b
[0020]其中，a＝(a1，a2…
a
n
)，a为回归校正系数向量；s＝(s1，s2…
s
n
)
T
，s为荧光光谱向量。
[0021]进一步地，步骤S3中所述的透过率的计算过程如下：
[0022]定义半系数和和和分别为a
i
的正数部分和负数部分，即：
[0023][0024]找到半系数的最大值：
[0025][0026]由此，获得正、负滤光片的透过率分别为：
[0027]t
i+
＝a
i+
/m；t
i
‑
＝a
i
‑
/m
[0028]其中，i＝1,2
…
n，n为自然数，a
i
为回归校正系数向量a的第i个元素，t
i+
为向量t
+
的第i个元素，t
i
‑
为向量t
‑
的第i个元素。
[0029]进一步地，步骤S3中所述的计算当前条件下变压器油芳香烃浓度的过程如下：
[0030]假设当前检测目标荧光光谱为s
i
，则经过正多元校正滤光片和负多元校正滤光片后探测器接收的能量表示为：
[0031]P
+
＝s
i
·
t
+
；P
‑
＝s
i
·
t
‑
[0032]根据探测器测量的P
+
和P
‑
，计算当前条件下变压器油芳香烃浓度c如下：
[0033]c＝c
+
‑
c
‑
+b＝(P
+
‑
P
‑
)m+b
[0034]其中，c
+
＝(P
+
)m；c
‑
＝(P
‑
)m；i＝1,2
…
n，n为自然数，a
i
为回归校正系数向量a的第i
个元素。
[0035]进一步地，步骤S4中所述的计算定标系数的过程如下：
[0036]标准条件下测得的标准溶液的荧光光谱强度值为：
[0037]P
s_s
＝s
s_s
·
t
[0038]当前条件下测得的标准溶液的荧光光谱强度值为：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于荧光光谱校正的变压器油芳香烃浓度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、选择最优激发波长的单色激发光激发变压器油产生荧光光谱；S2、采用多元回归校正法建立变压器油荧光光谱与芳香烃化合物浓度之间的映射关系，从而获得多元回归校正系数；S3、将多元回归校正系数标准化后的正、负系数作为滤光片的透过率，根据透过率设计正多元校正滤光片和负多元校正滤光片用于计算当前条件下变压器油芳香烃浓度；S4、计算定标系数用于修正当前条件下测得的变压器油芳香烃浓度，从而得到变压器油的真实芳烃浓度。2.根据权利要求1所述的基于荧光光谱校正的变压器油芳香烃浓度检测方法，其特征在于，步骤S1中所述的最优激发波长的选择方法如下：采集不同类型变压器油的三维荧光光谱数据，根据变压器油荧光光谱的荧光特征值分布范围，确定最优激发波长范围；以激发波长为横坐标、以主峰强度为纵坐标，比较不同激发波长下样本特征的主峰强度；以激发波长为横坐标、以采用变异系数为纵坐标，比较不同激发波长下样本特征的离散程度；选择主峰强度与变异系数均最大化的激发波长为单色最优波长LED激发光源(121)的激发波长；所述的变异系数的计算公式如下：其中，c
v
为变异系数，δ为标准差，μ为平均值，变异系数越大表示离散程度越大。3.根据权利要求2所述的基于荧光光谱校正的变压器油芳香烃浓度检测方法，其特征在于，步骤S2中所述的映射关系具体如下：变压器油荧光光谱和芳香烃化合物浓度直接相关，采用多元线性回归计算芳香烃化合物浓度的计算公式：c＝a1s1+a2s2+
…
+a
n
s
n
+b其中，c为芳香烃浓度，a1～a
n
为第1～n个波段得到荧光光谱的多元回归校正系数，s1～s
n
为第1～n个波段的荧光光谱，b为偏置系数；芳香烃化合物浓度的多元线性回归校正计算公式的向量形式为：c＝s
·
a+b其中，a＝(a1，a2…
a
n
)，a为回归校正系数向量；s＝(s1，s2…
s
n
)
T
，s为荧光光谱向量。4.根据权利要求3所述的基于荧光光谱校正的变压器油芳香烃浓度检测方法，其特征在于，步骤S3中所述的透过率的计算过程如下：定义半系数和和和分别为a
i
的正数部分和负数部分，即：找到半系数的最大值：由此，获得正、负滤光片的透过率分别为：t
i+
＝a
i+
/m；t
i
‑
＝a
i
‑
/m其中，i＝1,2
…

【专利技术属性】
技术研发人员：赵跃，谢佳，宋玉梅，马凤翔，朱峰，朱姗，曹骏，祁炯，陈庆涛，罗超，杭忱，郭恒新，李大成，
申请(专利权)人：国网安徽省电力有限公司中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：