变压器油中气体拉曼光谱检测及信号处理方法

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1、第３７卷第１１期仪器仪表学报Ｖｏｌ３７Ｎｏ１１２０１６年１１月ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＮｏｖ．２０１６变压器油中气体拉曼光谱检测及信号处理方法万福，杨曼琳，贺鹏，王建新，王品一，陈伟根（重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室重庆４０００４４）摘要：准确检测变压器油中溶解故障特征气体是诊断变压器运行状态的重要技术手段之一。论文基于拉曼光谱和腔长调制频率锁定原理，搭建了变压器故障特征气体频率锁定腔增强拉曼光检测平台，实现了Ｈ２、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ２Ｈ４、Ｃ２Ｈ６、ＣＯ、ＣＯ２等七种故障特征气体的同时检测；１ａｔｍ时，Ｈ

2、２、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ２Ｈ４、Ｃ２Ｈ６、ＣＯ、ＣＯ２的最小检测浓度实验值分别达到１０６、２５、４５、７３、４１、１７０、１２６（ｐｐｍ）。频率锁定增强腔技术使最小检测浓度提高了约６８倍。运用小波模极大值法对Ｈ２的拉曼光谱检测信号进行了去噪处理，提出了基于包络线迭代法的光谱基线校正方法，校正后的光谱荧光背景残留减少，使气体拉曼光谱检测准确度提高了约２．９５％，为变压器油中溶解故障气体同时准确检测提出了一种新方法。关键词：变压器；故障特征气体；拉曼光谱检测；频率锁定腔增强；基线校正中图分类号：ＴＭ８３５ＴＰ２１２ＴＨ７４文献标识码：Ａ国家标准学科分类代码：４７０．４０Ｒａｍａｎｓｐｅ

3、ｃｔｒｏｓｃｏｐｙｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｍｅｔｈｏｄｆｏｒｔｈｅｇａｓｅｓｉｎｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｏｉｌＷａｎＦｕ，ＹａｎｇＭａｎｌｉｎ，ＨｅＰｅｎｇ，ＷａｎｇＪｉａｎｘｉｎ，ＷａｎｇＰｉｎｙｉ，ＣｈｅｎＷｅｉｇｅｎ（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＰｏｗｅｒＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＥｑｕｉｐｍｅｎｔ＆ＳｙｓｔｅｍＳｅｃｕｒｉｔｙａｎｄＮｅｗＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００４４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｕｒａｔｅｄｅｔｅｃｔｉｎｇｔｈｅｄｉｓｓｏｌｖｅｄｆａｕｌｔｃｈａｒ

4、ａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｇａｓｅｓｉｎｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｏｉｌｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｅｃｈｎｉｃａｌｍｅａｎｓｔｏｄｉａｇｎｏｓｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．ＯｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆＲａｍａｎｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙｄｅｔｅｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄｃａｖｉｔｙｌｅｎｇｔｈｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙｌｏｃｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒａｆｒｅｑｕｅｎｃｙｌｏｃｋｉｎｇｃａｖｉｔｙｅｎｈａｎｃｅｄＲａｍａｎｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙｄｅｔｅｃｔｉｏｎｐｌａｔｆｏｒｍｆｏｒｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｆａ

5、ｕｌｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｇａｓｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｗｈｉｃｈｃａｎｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙｄｅｔｅｃｔｓｅｖｅｎｆａｕｌｔｇａｓｅｓｉ．ｅ．Ｈ２，ＣＨ４，Ｃ２Ｈ２，Ｃ２Ｈ４，Ｃ２Ｈ６，ＣＯａｎｄＣＯ２ｉｎｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｏｉｌ．ＴｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｖａｌｕｅｓｏｆｔｈｅｍｉｎｉｍｕｍｄｅｔｅｃｔａｂｌｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆＨ２，ＣＨ４，Ｃ２Ｈ２，Ｃ２Ｈ４，Ｃ２Ｈ６，ＣＯａｎｄＣＯ２ｒｅａｃｈａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ１０６，２５，４５，７３，４１，１７０ａｎｄ１２６ｐｐｍ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｌｏｃｋｉｎｇｃａｖｉ

6、ｔｙｅｎｈａｎｃｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｍｉｎｉｍｕｍｄｅｔｅｃｔａｂｌｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｂｙａｂｏｕｔ６８ｔｉｍｅｓ．ＴｈｅｗａｖｅｌｅｔｍｏｄｕｌｕｓｍａｘｉｍａｍｅｔｈｏｄｉｓｕｓｅｄｔｏｄｅｎｏｉｓｅｔｈｅＲａｍａｎｓｐｅｃｔｒｕｍｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｉｇｎａｌｏｆＨ２，ａｎｄｔｈｅｓｐｅｃｔｒｕｍｂａｓｅｌｉｎｅｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｅｎｖｅｌｏｐｅｌｉｎｅｉｔｅｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ａｆｔｅｒｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅｅｎｖｅｌｏｐｅｌｉｎｅｉｔｅｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｔｈ

7、ｅｒｅｓｉｄｕｅｏｆｔｈｅｓｐｅｃｔｒｕｍｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｉｓｒｅｄｕｃｅｄ，ａｎｄｔｈｅｇａｓＲａｍａｎｓｐｅｃｔｒｕｍｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｃｃｕｒａｃｙｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄｂｙａｂｏｕｔ２．９５％．Ｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄｐｒｏｖｉｄｅｓａｎｅｗｗａｙｆｏｒａｃｃｕｒａｔｅｌｙｄｅｔｅｃｔｉｎｇｔｈｅｆａｕｌｔｇａｓｅｓｄｉｓｓｏｌｖｅｄｉｎｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｏｉｌｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｒａｎｓ