CN104697939B - 变压器绝缘纸聚合度的光谱测量方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变压器绝缘纸聚合度的光谱测量方法，将标准绝缘纸样的聚合度、照射光波的波长以及漫反射的光强建立绝缘纸聚合度的数学模型；现场使用时，通过光谱测量装置测量相应波长的光波经待测聚合的绝缘纸样表面漫反射的对应光强，将照射光波的波长以及漫反射的光强输入绝缘纸聚合度的数学模型获得待测聚合的绝缘纸样的聚合度。将不同聚合度的标准绝缘纸的对不同波长光线的漫反射光强建立一个数学模型后，在对现场的变压器绝缘纸检测时，只需利用相应的光谱测量装置检测其对不同波长光线的漫反射光强后输入该数学模型即可获得现场的变压器绝缘纸的聚合度，检测方法和装置都非常简单以及快速，而且不会对变压器造成任何的损害。
Description
技术领域
本发明涉及变压器固体绝缘检测技术领域，具体地指一种采用光谱法实现变压器绝缘纸聚合度现场测量方法及测量装置。
背景技术
变压器的安全稳定运行关系到整个电力***的安全，其固体绝缘纸在运行中会受到温度、水分、氧气等因素的作用而不断老化，绝缘性能也随之下降，绝缘性能的下降会严重影响变压器的使用寿命，因此对变压器固体绝缘情况的判断意义重大，与此同时，变压器绝缘纸在生产加工后也需要进行一定的烘干除水处理，会降低其聚合度，有必要对处理后纸样聚合度进行检测，用以判断绝缘纸初始绝缘状态。
目前对变压器固体绝缘老化监测的主要方法可分为：间接监测和直接监测。间接监测的主要手段是利用检测变压器油中糠醛浓度的变化来实现，该类方法属于一种平均效应的检测手段，其反映的是变压器中固体绝缘的平均老化水平。但实际变压器中，最高老化程度才是决定固体绝缘寿命的关键因素，局部的固体绝缘损坏，就足以使变压器失效。实际运行变压器总存在温度分布不均匀的情况，通过这种间接监测手段，无法正确评估固体绝缘的实际老化情况。
直接检测手段是一种有损手段，该方法是通过采取纸样，分析所采纸样的机械强度或聚合度来判断绝缘纸的老化程度，相关标准中，也明确给出了老化的直接判据。但这种直接手段，要损坏固体绝缘，对实际运行的变压器造成损害。
发明内容
针对这些问题，本发明设计了一套利用漫发射原理组成的光谱测量方法和测量装置，能够在现场不损检测变压器绝缘纸的聚合度。
本发明是这样来实现上述目的的：
变压器绝缘纸聚合度的光谱测量方法，首先将多种聚合度的标准绝缘纸样置于光谱测量装置中分别采用不同波长的光波进行照射，光谱测量装置测量相应波长的光波经标准绝缘纸样表面漫反射的对应光强，将标准绝缘纸样的聚合度、照射光波的波长以及漫反射的光强建立绝缘纸聚合度的数学模型；现场使用时，将待测聚合的绝缘纸样置于光谱测量装置中采用不同波长的光波进行照射，光谱测量装置测量相应波长的光波经待测聚合的绝缘纸样表面漫反射的对应光强，将照射光波的波长以及漫反射的光强输入绝缘纸聚合度的数学模型获得待测聚合的绝缘纸样的聚合度。
其中，所述照射光波的波长为200~2500nm。
其中，所述标准绝缘纸样及待测聚合的绝缘纸样为干纸，其照射光波波长为200~400nm以及1600~2000nm。
其中，所述标准绝缘纸样及待测聚合的绝缘纸样为油浸纸，其照射光波波长为200~400nm以及1000~2000nm。
其中，所述标准绝缘纸样的聚合度为250~1200。
其中，所述聚合度的数学模型为：，其中为第i个标准绝缘纸样或待测聚合的绝缘纸样的聚合度，N为不同波长的采样数，为不同聚合度的最小二乘回归系数。
一种应用于无损检测变压器绝缘纸聚合度的光谱测量中的光谱测量装置，包括积分球、漫反射聚焦椭球、聚焦光源、光接收透镜、光谱仪及中心处理单元；所述聚焦光源设于积分球的顶部，积分球的底部设有出光孔，出光孔的孔径大于聚焦光源的光速直径，漫反射聚焦椭球设于出光孔的下方，所述标准绝缘纸样或待测聚合的绝缘纸样置于漫反射聚焦椭球的下焦点处，所述光接收透镜安装于积分球的内壁；光谱仪设置于光接收透镜处，其输出连接中心处理单元。
其中，所述漫反射聚焦椭球的上焦点位于积分球内。
其中，所述积分球及漫反射聚焦椭球的内壁设有发光涂层。
其中，所述漫反射聚焦椭球底面设有自润滑软层。
本发明的有益效果是：发明人经研究表明不同聚合度的绝缘纸对不同波长的光线的漫反射光强是不同的，利用该原理，将不同聚合度的标准绝缘纸的对不同波长光线的漫反射光强建立一个数学模型后，在对现场的变压器绝缘纸检测时，只需利用相应的光谱测量装置检测其对不同波长光线的漫反射光强后输入该数学模型即可获得现场的变压器绝缘纸的聚合度，检测方法和装置都非常简单以及快速，而且不会对变压器造成任何的损害。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
变压器绝缘纸聚合度的光谱测量方法，首先将多种聚合度的标准绝缘纸样10置于光谱测量装置中分别采用多种波长的光波进行照射，光谱测量装置测量相应波长的光波经标准绝缘纸样10表面漫反射的对应光强，将标准绝缘纸样10的聚合度、照射光波的波长以及漫反射的光强建立绝缘纸聚合度的数学模型；现场使用时，将待测聚合的绝缘纸样10置于光谱测量装置中采用多种波长的光波进行照射，光谱测量装置测量相应波长的光波经待测聚合的绝缘纸样10表面漫反射的对应光强，将照射光波的波长以及漫反射的光强输入绝缘纸聚合度的数学模型获得待测聚合的绝缘纸样10的聚合度。发明人经研究表明不同聚合度的绝缘纸对不同波长的光线的漫反射光强是不同的，利用该原理，将不同聚合度的标准绝缘纸的对不同波长光线的漫反射光强建立一个数学模型后，在对现场的变压器绝缘纸检测时，只需利用相应的光谱测量装置检测其对不同波长光线的漫反射光强后输入该数学模型即可获得现场的变压器绝缘纸的聚合度，检测方法和装置都非常简单以及快速，而且不会对变压器造成任何的损害。
为适用上述无损检测方法，发明人还设计了光谱测量装置，包括积分球1、漫反射聚焦椭球2、聚焦光源3、光接收透镜4、光谱仪6及中心处理单元；所述聚焦光源3设于积分球1的顶部，积分球1的底部设有出光孔5，出光孔5的孔径大于聚焦光源3的光速直径，漫反射聚焦椭球2设于出光孔5的下方，所述标准绝缘纸样10或待测聚合的绝缘纸样10置于漫反射聚焦椭球2的下焦点9处，所述光接收透镜4安装于积分球1的内壁；光谱仪6设置于光接收透镜4处，其输出连接中心处理单元，参照图1。
从聚焦光源3发出的200-2500nm光呈直线通过积分球1底部出光孔照射到标准绝缘纸样10或待测聚合的绝缘纸样10上，其中聚焦光源3还可以采用外置光源，使用光纤引入积分球1。为了保证聚焦光源3所发出的光束不会在积分球1内部发生反射，要求出光孔5的直径为光束直径的2倍。
绝缘纸样10一般有干纸和油浸纸两种，两者对对光谱的范围有所不同，其中，干纸聚合度的测量光谱范围：200-400nm以及1600-2000nm，油浸纸聚合度测量的光谱范围：200-400nm以及1000-2000nm。
绝缘纸样10平面位于漫反射聚焦椭球2的一个焦点上，为了便于本测量装置在待测无表面移动，反射聚焦椭球底面设置了自润滑软层11，可以采用软质聚四氟乙烯气垫或橡胶垫圈，其厚度在2~10mm之间选择。反射聚焦椭球的内壁均匀的涂抹能高效反射200~2500nm波长光的反光涂层，绝缘纸样10的反射光经过反射聚焦椭球的内壁反射后聚焦到另一个焦点8，该焦点8位于积分球1内。积分球1内壁同样均匀涂抹能高效反射200~2500nm波长光的反光涂层，积分球1的内径为30~100mm。进入积分球1的漫反射光在积分球1内继续反射并最终透过光接收透镜4被光谱仪6所接收并转化为与光强与波长的相对应的电信号，再将测量数据通过USB或RS232等接口传输给中心处理单元，采用化学计量学方法进行光谱数据处理后，利用已建立的光谱特征数据与绝缘纸聚合度的数学模型，计算出绝缘纸的聚合度。
具体实施步骤如下：
1、***校验。由于聚焦光源3发出波长是200-2500nm的光，但各个波长的光强有区别，为此，首先进行光强校验。采用一标准白板，放置在绝缘纸样10的位置，启动***后，将此时的光谱数据定标为100%。
2、数学模型建立。
在实验室制备聚合度在250-新纸聚合度通常在1000左右的标准绝缘纸样10不少于30个，相邻聚合度差别不大于50。标准纸样10的聚合度采用标准粘度法测量。
将制备的标准绝缘纸样10放置在反射聚焦椭球底面下焦点9的位置，启动光谱***进行反射光谱测量。获得每个确定聚合度下的光谱数据：，是波长为时经过第一步归一化的光强数据。波长间隔由使用的光谱仪6性能决定。
利用聚合度与光谱数据的关系：
其中：为制备的标准聚合度纸样10数；
N为200-2500nm波长范围波长采样数；
为第i个纸样10的聚合度；
采用上述公式，所有制备的标准聚合度纸样10测量完毕后，可得出下列矩阵数据：
当和已知后，再采用偏最小二乘回归法，可算出的值。
3、待测绝缘纸样10聚合度测量。
将待测绝缘纸样10放置在在反射聚焦椭球底面下焦点9的位置，启动光谱***，获得特定波长下光强归一值后，采用：
可计算出待测纸样10的聚合度。
Claims (4)
1.一种应用于变压器绝缘纸聚合度的光谱测量中的光谱测量装置，其特征在于：包括积分球（1）、漫反射聚焦椭球（2）、聚焦光源（3）、光接收透镜（4）、光谱仪（6）及中心处理单元（7）；所述聚焦光源（3）设于积分球（1）的顶部，积分球（1）的底部设有出光孔（5），出光孔（5）的孔径大于聚焦光源（3）的光束直径，漫反射聚焦椭球（2）设于出光孔（5）的下方，标准绝缘纸样（10）或待测聚合的绝缘纸样（10）置于漫反射聚焦椭球（2）的下焦点（9）处，所述光接收透镜（4）安装于积分球（1）的内壁；光谱仪（6）设置于光接收透镜（4）处，其输出连接中心处理单元（7）。
2.根据权利要求1所述的光谱测量装置，其特征在于：所述漫反射聚焦椭球（2）的上焦点（8）位于积分球（1）内。
3.根据权利要求1所述的光谱测量装置，其特征在于：所述积分球（1）及漫反射聚焦椭球（2）的内壁设有反光涂层。
4.根据权利要求1所述的光谱测量装置，其特征在于：所述漫反射聚焦椭球（2）底面设有自润滑软层（11）。
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