[发明专利]多层多光程腔及电气绝缘设备运行状态监测系统

说明书

本发明公开了一种多层多光程腔及电气绝缘设备运行状态监测系统，多层多光程腔包括多个自下而上累叠且相通的多光程腔，多个多光程腔采用以下方式之一构成：多个采用TDLAS方法的多光程腔，或者多个采用DOAS方法的多光程腔，或者至少一个采用TDLAS方法的多光程腔和至少一个采用DOAS方法的多光程腔的组合。采用本发明能够同时在线监测电气绝缘设备中绝缘介质释放的多种痕量气体浓度。

技术领域

本发明涉及气体吸收光谱定量分析技术领域，特别涉及一种多层多光程腔及电气绝缘设备运行状态监测系统。

背景技术

在一般电气绝缘设备中，包括断路器(高压开关)、互感器、避雷器、变压器、封闭式组合电气等，用于绝缘和灭弧作用的介质主要有两种，一种是变压器油，一种是纯净的SF₆气体。

变压器油具有比空气高得多的绝缘强度和优异的导热性能，在电气绝缘设备中，不仅可提高绝缘强度，而且还可以起到散热作用和灭弧作用，是一种常用的高压电气设备绝缘介质。SF₆作为新一代的电气绝缘介质，已被广泛应用在电气设备的各个领域。

变压器油和SF₆气体在常温常压下化学性质稳定，具有良好的绝缘和灭弧性能。但当电气绝缘设备发生局部放电、电弧、电火花等内部故障时，变压器油和SF₆气体都会分解产生多种痕量气体。通过对这些所产生气体的种类和浓度进行实时监测，就可以判断SF₆气体的绝缘性能变化，从而达到监测电力设备安全运行的目的。

在一般电气绝缘设备中，检测绝缘介质分解产物浓度的方法主要有电化学传感器法，气相色谱法、拉曼光谱技术、傅里叶红外吸收光谱法、光声光谱法、可调谐二极管激光吸收光谱法(TDLAS)和差分吸收光谱法(DOAS)等。其中，TDLAS和DOAS方法相较于其它几种方法，具有一定优势。

TDLAS方法根据气体分子对激光能量的“选频吸收”进行气体浓度的测量，对气体的实际在线原位分析中，它利用“单线光谱”及调制光谱技术，避免了杂质气体的交叉干扰，并可以利用补偿技术对待测物的温度T、压力P等参数进行修正，对现场待测气体进行连续检测；DOAS技术通过区分吸收谱的高频成分和低频成分，获得痕量气体的吸收光谱，实时测量分解气体的浓度。

TDLAS和DOAS技术对痕量气体浓度都具有很高的测量灵敏度，可以探测体积分数在百万分之一(ppm)到十亿分之一(ppb)的痕量气体浓度，甚至可以达到亚ppb量级；同时具有高选择性、实时、动态快速(毫秒量级)、多组分同时测量的优点，它们都是不需定标的直接测量技术。

气体吸收光谱测量法是痕量气体浓度的重要方法，其原理一般基于Beer-Lambert定律，即当一束平行光通过某一均匀非散射吸光物质时(如待测痕量气体)，其吸光度A(λ)与待测吸光物质的浓度C及探测光在吸光物质中通过的光程l成正比。通过的光程越长，吸收越充分，则可探测到气体浓度越低。因此光束在气体吸收池中的光程越长越好。

TDLAS和DOAS技术仪器实现在多种气体线监测的关键在于低成本、更实用的长光程气体吸收腔的实现。

电气绝缘设备运行状态，可以根据电气绝缘设备中绝缘介质(变压器油或SF₆气体)分解产物的浓度(体积分数)进行判断，由于这些分解物的产生过程(化学反应)通常比较复杂，所以需要同时测量多种分解物气体的浓度。当采用灵敏度最高的TDLAS方法测量时，现有的几种气体腔都难以同时完成。当采用DOAS方法时，由于探测器响应范围的限制，单个吸收腔(对应单个探测器)也难以覆盖多波段的气体吸收峰，不能同时测量多种气体成分。

因此，如何同时测量电气绝缘设备中绝缘介质释放的多种痕量气体浓度，实现对于电气绝缘设备运行状态的高灵敏度实时监测，是需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的发明目的是：同时在线监测电气绝缘设备中绝缘介质释放的多种痕量气体浓度。