强制对流对高压套管油介质中乙炔分子传质过程的影响

为优化对高压套管进行油中溶解气体分析时的取样质量,提升分析结果的代表性和准确性,提出一种对高压套管中的绝缘油施加强制对流的方法,通过向绝缘油施加速度场促进油中溶解气体的传质过程,进而改善油中溶解气体分析的取样质量。从仿真计算和实验验证2个方面对绝缘油中溶解乙炔气体传质过程进行研究。首先分析无强制对流情况下气体的传质过程,并测量气体从故障源到取样口的时间;然后分析在强制对流情况下气体的传质过程并测量了传质时间,在此基础上讨论气体传质时间缩短的原因;最后探究不同强制对流动作周期对传质过程影响的程度。研究成果能够为高压套管在线监测装置的研发提供参考。

光纤法珀传感器的改进型相位生成载波法解调

为解决相位生成载波-反正切解调算法(PGC-Atan)的非线性失真问题,搭建了基于改进型PGC-Atan算法的非本征型法珀传感器(EFPI)解调系统。首先,理论分析了载波相位调制深度(C)偏离最优值、伴生调幅、载波相位延迟等非线性因素对经典PGC-Atan算法中参与反正切运算的正弦与余弦两路信号的影响。然后,针对外调制或伴生调幅较小的情况,提出了一种基于系数补偿的改进型PGC-Atan算法(PGC-CC-Atan)。该算法通过构造与C值和载波相位延迟有关的系数,消除反正切运算中的非线性参数。针对内调制情况,提出了一种基于椭圆拟合的改进型PGC-Atan算法(PGCEF-Atan)。该算法通过基于分块矩阵的最小二乘法拟合椭圆并提取3个椭圆参数,进而将受非线性因素影响的正弦与余弦两路信号校正为正交信号。最后,通过仿真验证了改进型算法的正确性,并采用高调制特性的垂直腔面发射激光器(VCSEL)和常规腔长的EFPI等搭建PGC解调系统,对比经典PGC-Atan算法与两种改进型算法的解调性能,证实了改进型算法非线性失真抑制的有效性。实验结果表明:一定C值范围内,两种改进型算法可在非线性因素影响下有效解调。PGC-EF-Atan算法相较于PGC-CC-Atan算法,解调信纳比提升了11.602 dB,总谐波失真降低了10.951%。两种改进型算法中,PGC-EF-Atan算法对非线性失真的抑制效果更好,且解调线性度良好,准确度高。

绝缘材料光声池的理论分析与实验验证

高压套管是电力系统的核心部件,对高压套管的绝缘状态进行检测具有重要的实际意义。由于目前常见的绝缘状态在线监测设备难以适用于安装位置特殊、体型较小的高压套管,研发适用于高压套管的检测系统势在必行。相较于传统金属结构的光声池,采用全绝缘结构光声池能够在进行原位检测时不形成悬浮电位,从而能够规避在高压套管内引发局部放电等故障,是对高压套管绝缘状态进行检测的理论可行方案之一。探究了适用于高压套管检测的原位检测系统重要部件全绝缘结构光声传感器的可行性。分别从基本原理、仿真计算及实验验证三个方面对全绝缘结构光声池进行了分析及论证。首先,就光声池材料对光声信号的影响进行了理论分析,讨论了相较于传统黄铜材料,由绝缘材料石英制成的光声池可能存在的问题。然后,在此基础上采用COMSOL Multiphysics建立了共振式光声池的仿真模型并进行了声学和热学相关计算,对理论分析的结果进行验证,并分析了实际情况下石英光声池的理论表现。最后,建立基于石英光声池的光声光谱检测系统实验平台,结合波长调制及二次谐波方法对微量乙炔气体进行定量检测,用于对石英光声池的可行性进行验证。仿真计算结果表明,类似于黄铜材料,石英材料光声池同样具备对微量气体进行定量检测的能力。实验结果表明,基于石英光声池的检测系统对乙炔气体的检测极限能够达到0.16μL·L^(-1),满足相关标准中油浸式电气设备对乙炔检测的需求。因此,以石英为材质的共振式光声池具备应用于高压套管原位检测的潜力。

SF6与N2混合气体特征分解产物COF2/N2O的红外吸收特性

目前SF6/N2混合气体作为SF6气体的替代气体已应用于许多电力设备中,而检测这些电气设备发生故障后生成的COF2、N2O等新分解气体有助于开展电气设备的故障诊断。为研究基于红外吸收特性的SF6/N2混合气体典型分解气体的检测技术,利用HITRAN数据库给出的吸收谱线强度、线型函数等参数,对典型组分COF2、N2O的红外吸收特性进行研究;得到了COF2在波数400~2000 cm-1和N2O在波数400~8000 cm-1范围内的红外吸收谱段、最强吸收处的中心波长、吸收系数峰值;并分析了压强和温度对COF2、N2O的强吸收谱的影响。结果表明:这2种分解气体在红外热辐射光源有效谱段1.2~10μm内具有较强吸收,可以用基于红外热辐射光源的光声光谱装置进行检测;且气体吸收谱线的吸收系数随压强的增大而增大,但不同气体增大程度不同;随温度的升高气体主要吸收谱段的峰值吸收系数减小,但也有部分吸收谱段交叠处的峰值吸收系数增大;COF2、N2O在运行条件(505 kPa,温度313 K)下的红外吸收系数大于标准条件(101 kPa,温度296 K)下,运行条件更利于气体检测。

用于激光雷达回波平滑的半步长插值迭代法

由于大气扰动和探测器件噪声的影响,大气探测激光雷达回波信号中搀杂了大量的随机噪声,因此需要对直接探测信号进行平滑处理.作者提出一种基于插值的半步长迭代平滑方法.利用半步长插值对数据进行重构,重复这个过程直至原数据列与新数据列相似度达一定标准为止,由此迭代过程生成的新数据列即为平滑结果.实验结果表明,该算法可以有效地提高信号平滑度并且自适应地保留重要的信号波动.

新型纯转动喇曼激光雷达系统单色仪设计及分析

采用双光栅6级闪耀衍射分光方法,设计了一套高光谱分辨率、干扰光高抑制比的新型纯转动喇曼激光雷达单色仪系统,并对该系统的设计方案进行了计算和分析.结果表明,系统通过6级闪耀衍射分光能实现N2分子转动喇曼的单谱线信号提取,并且相对于5级闪耀衍射分光能更好地抑制强弹性散射光的干扰.

基于FFT滤波高精度光声二次谐波检测技术的研究

基于波长调制光谱(WMS)信号二次谐波分量检测的光声光谱(PAS)气体检测技术在电力、化工和医疗等行业得到了广泛应用。虽然采用二次谐波分量检测技术可以有效减小光声信号中的相关噪声,但检测信号中仍存在检测系统的非相关噪声,影响了光声检测系统对痕量气体的检测能力以及测试结果的准确度。为研究如何削弱光声光谱检测系统的非相关噪声对二次谐波信号的影响,改进检测系统的最低检测限,提高测量准确度,搭建了一套以可调谐分布反馈式(DFB)半导体激光器为激励光源的一阶纵向共振光声光谱气体检测系统,首次提出了使用快速傅里叶变换(FFT)对光声二次谐波信号进行滤波的新方法。首先根据气体光声光谱检测系统的噪声频谱对锯齿波扫描信号频率进行了优化选择,使检测系统背景噪声对光声检测信号的影响降至最小,然后使用FFT对与扫描锯齿波同频率的光声二次谐波信号的基波分量进行提取,虽然提取出的基波分量幅值小于光声信号二次谐波分量最大值,但由于光声检测系统背景噪声减小的更多,实现了改进光声检测系统最低检测限的目的。通过对102,75.1,50,30.3,15.3,7.7,1,0.79,0.57,0.35和0.17μL·L^-1的C 2H 2/N 2混合气体测试结果进行分析和对比,使用FFT对光声二次谐波信号进行滤波处理后,测试结果读数非常稳定,当信噪比为3时,系统的最低检测限从0.43μL·L^-1降低为30.6 nL·L^-1,说明FFT滤波对于消除波长调制光谱信号二次谐波分量中的非相关噪声非常有效,可以提高测量准确度和改进光声光谱检测系统最低检测限。研究成果可为使用波长调制光谱信号二次谐波分量检测技术的应用提供一定参考。

SF6气体绝缘电气设备故障分解物检测的多组分交叉干扰及校正算法综述

SF6气体绝缘电气设备目前已被广泛地应用于电力行业中,因此通过检测SF6气体衍生物的成分和含量来对气体绝缘电气设备进行状态检测成为了一个重要的技术手段。基于光学方法的气体检测技术是目前最有效的检测技术之一,但受气体本身的光谱性质所限,在检测光学波段内往往会出现混合气体中各组分吸收峰重叠的现象,即交叉干扰,导致各组分的体积分数难以被准确测量,从而难以对气体绝缘电气设备内的潜在故障进行准确判断,降低电气设备运行的安全性和可靠性。因此,必须对交叉干扰进行校正以保证检测结果的准确性。本文研究了现阶段各类应用于微量气体检测的交叉干扰处理技术,总结了各处理技术的优势与缺点,并对相关技术进行展望,旨在为采用光学方法进行微量气体检测的相关人员提供参考。

SF_(6)放电的发射光谱特性分析与放电识别

该文通过实验模拟六氟化硫(SF_(6))气体绝缘电气设备的三种常见放电缺陷(电晕放电、火花放电以及沿面放电),并采用光谱仪检测上述放电缺陷下的200~1037nm波段范围内的发射光谱。结果表明,电晕放电的发射光谱主要由带状光谱(OH自由基谱带,SF_(6)和SF_(x)分子谱带)和微弱的F原子线状谱组成;火花放电的发射光谱在电晕放电的基础上新增了硫原子、硫离子和氟离子的线状光谱;沿面放电的发射光谱与火花放电的轮廓相似,但由于沿面故障模拟模型中引入了铜元素,因此发射光谱中出现了铜原子和铜离子的线状谱。最后,根据电晕放电、火花放电和沿面放电的光谱特性差异,定义了两个特征物理量:I_(ratio)和|I′_(nor)(323.371nm)|,设计相应的放电识别算法。该算法的正确率为94.33%,可有效地识别实验中的SF_(6)放电缺陷。

SF_(6)气体中H_(2)S光声检测及FFT滤波在检测信号噪声抑制中的应用

H_(2)S作为SF_(6)气体绝缘电气设备中一种重要的故障特征气体,其浓度对于评估SF_(6)气体绝缘状态有着重要意义。由于H_(2)S在近红外波段的吸收系数非常小,导致传统光学检测方法在该波段对H_(2)S气体的探测灵敏度较低。气体光声光谱技术灵敏度高、响应速度快且无需载气,非常适用于痕量气体的检测。搭建了一套大功率气体光声检测平台,选择H_(2)S气体在1578.12 nm处的吸收谱线,结合波长调制技术和二次谐波检测技术针对H_(2)S气体进行检测,并采用快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)算法对光声二次谐波信号进行频谱分析,去除残余噪声。结果表明FFT滤波技术可以有效去除光声二次谐波信号中的残余噪声,使搭建的光声检测平台对H_(2)S气体体积分数的最低检测限从10^(-6)量级降低到亚10^(-9)量级。

空气电晕放电发展过程的特征发射光谱分析与放电识别

局部空气放电是导致高压输变电设备绝缘劣化的重要因素。空气放电中丰富的发射光谱信息与放电特征存在直接映射关系。采用针-板电极模拟了空气电晕放电的发展过程,并检测了放电由弱变强过程中的“紫外-可见光-近红外”波段在200~980 nm范围内的发射光谱。放电初期的发射光谱主要由氮气分子N_(2)的带状光谱组成,分别为N_(2)第二正带系(second positive system,SPS)和N_(2)第一正带系(first positive system,FPS)。放电程度加深后,发生能级跃迁的粒子种类更加丰富,由此产生了带状光谱与线状光谱相互交叠的复杂谱线,光谱范围也由放电初期的280~460 nm扩展至200~980 nm。放电处于临界击穿时,发射光谱的强度急剧增加,强度最高值出现在500.715和777.202 nm处,分别对应氮离子N^(+)和氧原子O的辐射谱线,这意味着微观放电过程再次发生改变。基于空气放电机理分析得到:放电初期、放电加深、放电临界击穿三个阶段中强度占优的谱峰或谱带分别由N_(2),NO与O和N^(+)辐射跃迁所致,这由放电间隙的能量所决定,其特征光谱分别为336.907,239.687和500.715 nm。放电初期,336.907 nm处的强度绝对占优,239.687和500.715 nm处的相对强度极小;放电程度加深时,239.687 nm处的强度占优,500.715 nm处的相对强度极小;临界击穿时,500.715 nm处的强度占优,336.907 nm处的强度最弱。空气电晕放电的200~980 nm光谱范围内,紫外波段、可见光波段和近红外波段的光子数虽然都随着施加电压的升高而增加,但各波段光子数的归一化结果表明:随着放电程度的加深,紫外波段的光子比例逐渐减小,可见光波段的光子比例逐渐增加,近红外波段光子比例变化相对较小。不同放电阶段的“紫外-可见光-近红外”波段的相对光子数分布有较明显的差异,可以反映放电的发展程度。

光纤法布里-珀罗传感器的解调方法研究综述

光纤法布里-珀罗传感器以灵敏度高、抗干扰能力强等优点在医疗检测、水声探测、电力监测等领域受到了广泛的关注。光源参数、传感头结构与解调方法是制约光纤法布里-珀罗传感器检测能力的主要因素。对光纤法布里-珀罗传感器解调,即从携带法布里-珀罗传感器腔长信息的输出光信号中提取腔长信息。该腔长信息映射出了传感头所感受到的振动、位移、加速度、温度等待测量信息。一种好的解调方法能够提高光纤法布里珀罗传感器的解调速度、分辨率、动态范围等性能,而光纤法布里-珀罗传感器的解调方法多达数十种,针对特定的应用场景如何选择适宜的解调方法往往令人困扰。本文首先介绍了光纤法布里-珀罗传感器的输出信号特征,然后从原理上详述了常见解调方法的影响因素,并介绍了国内外研究单位提出的多种改进方法,最后从解调方法的适用范围及光纤法布里-珀罗传感器的复用技术两方面出发,提出了解调方法的选取原则。

基于转动拉曼测温激光雷达数据采集系统的阈值校正和延时补偿技术

针对转动拉曼测温激光雷达数据采集系统中光子计数卡各通道阈值及延时之间的误差,结合光子计数卡的工作原理以及方波信号幅值电压的波动性,构建阈值测量系统,以方波信号作为通道的输入,通过调整阈值电压设定值,使计数值达到最大的方法对通道的阈值误差进行了测量,并对其进行了曲线拟合。构建延时测量系统,测量各通道之间的延时差,并提出了对其进行补偿的方案。对阈值误差测量数据及拟合结果进行了分析,分析结果表明通过拟合曲线对各通道阈值电压进行设定,可更快地设置所要求的阈值电压。对延时差的补偿可以使温度分布廓线定位精度提高约10m。

基于EFPI膜片纳米级振幅识别的电晕放电检测

为检测微弱局部放电,评估局部放电严重程度,提出了基于声敏感膜片纳米级振幅解调的光纤非本征型法布里-珀罗(extrinsic Fabry-Perot interferometric,EFPI)超声传感器电晕放电检测的新方法。首先,结合理论分析,设计制作了共振频率为55.5 kHz的EFPI探头。然后,研究了可解调纳米级膜片振幅的相位生成载波-反正切算法。基于EFPI探头和相位生成载波-反正切算法搭建EFPI超声传感器,并采用单点声源与点火脉冲发生器对传感器进行标定。EFPI超声传感器对膜片振幅的分辨率不低于0.43 nm,具有良好的响应线性度与超声信号检测能力。最后,将EFPI探头内置于电晕放电试验装置,实现13.86 pC局放量的检测。同时,结合Bootstrap小样本分析法建立膜片振幅与电晕放电发展情况的联系。试验结果表明:膜片振幅大小随放电电压呈指数增长,与局放量随电压变化的趋势相似,即膜片振幅大小与电晕放电严重程度相关。