基于频率锁定吸收光谱技术的变压器故障特征气体检测研究

高准确度、高灵敏度检测故障特征气体是基于油中溶解气体分析的变压器早期潜伏性故障诊断的关键。该文开展了基于频率锁定吸收光谱技术的变压器故障特征气体检测研究。基于电四极跃迁理论,论证了H_2等同核双原子分子同样存在吸收效应;为提高H_2最小浓度的检测极限,搭建了频率锁定腔增强吸收光谱气体检测平台,首次实现了基于吸收光谱技术的变压器故障特征气体H_2的定性与定量检测分析,检测准确度与重复性分别达到约93.82%及94.35%。腔内气体压强为101k Pa时,H_2最小检测浓度的实验值约为7.5μL/L,与计算值的相对偏差仅为3.8%。此外,基于激光器阵列技术,实现了其他6种变压器故障特征混合气体CO、CO2、CH_4、C_2H_2、C_2H_4与C_2H_6的吸收光谱检测,其检测准确度与最小检测浓度同样满足变压器油中溶解气体分析的需求。该研究为研制基于频率锁定吸收光谱技术的变压器故障特征气体现场检测系统提供了理论依据和技术支撑。     

二硫化钼传感器对于绝缘介质特征分解气体的敏感特性研究

在放电、过热故障影响下,电气绝缘介质(SF_6、绝缘油)会分解出一系列特征气体。通过气体组分分析,可以评估电力设备的运行状态。文中基于水热法合成了层状二硫化钼(MoS_2)并组装气体传感器,分析了对于硫化氢(H_2S)、二氧化硫(SO_2)、一氧化碳(CO)、甲烷(CH_4)、乙炔(C_2H_2)和氢气(H_2)6种绝缘介质特征分解气体的敏感特性。相比较于3种商用传感器严重的交叉敏感现象,MoS_2传感器对H_2S表现出特异选择性。对于绝缘油分解气体(CO、C_2H_2、H_2、CH_4),MoS_2传感器仅对CO具备敏感特性。MoS_2传感器检测H_2S和CO重复性表现优异,在5次循环测试中,响应值波动范围分别不超过6.43%和5.95%。体积分数实验结果也表明,在H_2S和CO体积分数小于50μL/L时,MoS_2传感器的线性度(9.26%、0.62%)表现良好。此外,传感器对H_2S和CO混合气体表现出协同吸附作用,且随着混合气体中H_2S体积分数增加(10、30、50μL/L),响应值波动受CO体积分数影响越小(6.74%、4.94%、3.47%)。因此,MoS_2传感器在绝缘介质特征分解气体检测领域具有广阔的应用前景。     

TiO2掺杂石墨烯对SO2气体的气敏特性研究

气体绝缘开关设备(GIS)放电过程中产生的SO2组分,与放电故障类型和严重程度具有密切关系.探究具有优异气敏检测能力的SO2气敏传感器,可为在线监测GIS放电故障提供检测基础.基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算,首先,优化了不同数量TiO2在石墨烯表面的掺杂结构,获得最优化掺杂结构;其次,让SO2气体分子以不同方式靠近本征石墨烯,计算分析SO2气体分子在TiO2-graphene表面的吸附结构、吸附能和电荷转移;最后,对比分析气体吸附前后体系的总态密度(DOS)和分波态密度(PDOS),探究SO2与TiO2掺杂石墨烯结构之间相互作用机理.研究发现,两个TiO2掺杂具有最优掺杂结构,对单个和双SO2气体分子均具有良好的吸附性能且都为化学吸附.因此,基于TiO2掺杂石墨烯材料的气敏传感器在GIS放电分解组分检测与故障诊断领域具有良好的应用前景.     

基于第一性原理计算Ti掺杂MoS2对CF4、C2F6和COF2的吸附性能

近年来,碳氟类环保绝缘气体作为在一定条件下具有潜力替代SF_6气体而被广泛关注,其中CF_4、C_2F_6和COF_2为碳氟类绝缘气体的3种主要分解产物。文中基于第一性原理探讨分析了以上3种气体在Ti掺杂MoS_2上的吸附特性,计算并比较了不同气体分子在吸附时所产生的吸附能、电荷转移量以及态密度等吸附参数。结果显示,Ti-MoS_2对COF_2产生了较强的吸附作用,对CF_4、C_2F_6则表现出不敏感性,其相互作用力主要为范德华力。在吸附COF_2后,Ti-MoS_2电导率会提升,而在吸附CF_4和C_2F_6后Ti-MoS_2电导率会降低。因此Ti掺杂MoS_2对3种气体具有选择性检测,在气体绝缘设备在线监测领域有可能作为一种新型的电阻型气敏传感器。     

基于第一性原理的金掺杂石墨烯对SF_6分解组分的气敏分析

六氟化硫(SF_6)分解组分检测是诊断气体绝缘设备早期潜伏性绝缘故障的最佳方式之一,通过发现早期潜伏性故障可以有效避免突发性事故的发生。功能化石墨烯作为气敏材料在传感器方面展现了良好的应用前景。因此,该文基于第一性原理计算分析了功能化石墨烯基材料即Au原子掺杂石墨烯对SF_6分解组分SO_2F_2、SOF_2、SO_2和H2S的气敏响应特性。理论计算了分解组分的分子吸附能,净电荷转移量,电子态密度,Mulliken电荷布居数,自旋磁矩,最高已占轨道,最低未占轨道等一系列表征气敏响应特性参量。结果表明:SO_2F_2、SOF_2和H2S三种特征气体在Au掺杂石墨烯(金掺杂石墨烯)表面的吸附为较强烈的化学吸附效应,作用强度SO_2F_2H2SSOF_2,而SO_2在Au掺杂石墨烯表面的吸附作用介于物理吸附效应与化学吸附的临界状态。金掺杂石墨烯对SO_2F_2表现出良好的选择性和较高的灵敏性。仿真所得Au掺杂石墨烯对SF_6分解组分气敏响应特性结果,对实验探究用于SF_6绝缘设备的Au掺杂石墨烯气敏传感器具有重要指导作用。     

基于油中特征气体判断有载分接开关内漏方法的探讨

对有载分接开关内漏故障及现有分析判断方法进行介绍,提出了一种基于油中溶解气体含量判断有载分接开关内漏故障的方法。该方法首先对变压器本体和有载分接开关油中溶解气体含量进行色谱分析,然后选取H_2、CH_4、C_2H_6、C_2H_4、C_2H_2五种特征气体含量作为样本特征计算变压器本体与有载分接开关油中特征气体含量的相关系数。相关系数r≥0.9,即认为有载分接开关可能有内漏,相关系数r越接近于1,有载分接开关内漏的可能性越大。     

固体氧化物燃料电池传感器检测变压器油中溶解气体定量特性

在线油色谱法是目前公认的发现变压器潜伏性故障的重要检测方法,对变压器运行状态的评估具有重要意义。气体传感器是在线色谱的关键技术。目前,国内外研制了许多油色谱在线监测传感器,但都存在灵敏度不高、线性范围难以满足要求等缺点,上述缺陷限制了在线色谱技术取代传统的离线检测技术。针对上述问题,提出一种固体氧化物燃料电池传感器检测变压器油中溶解气体的方法,介绍了传感器的制备方法、实验方法及步骤,并对油中气体的气敏响应机制进行探讨。在此基础上,基于Nernst方程构建传感器的定量数学模型。实验结果表明,固体氧化物燃料电池(SOFC)检测器技术及该文构建的模型能实现H_2、CH_4、C_2H_4、C_2H_6和C_2H_2的准确定量及高精度测量,对C_2H_2的灵敏度达到1×10~(-7),能较好地解决常规传感器及其定量方法稳定性差、准确性和灵敏度低等问题,具有重要的推广及应用价值。     

Ni掺杂单层PtSe2检测变压器油中溶解气体CH4和C2H4的DFT研究

甲烷(CH₄)和乙烯(C₂H₄)是变压器故障的重要特征气体，其组分可以有效反应变压器的运行状态。为实现特征气体的快速精准检测，文中提出一种新型材料Ni掺杂单层PtSe₂(Ni-PtSe₂)用于检测变压器油中溶解特征气体CH₄和C₂H₄的检测方法。基于第一性原理密度泛函理论，文中对单层Ni-PtSe₂吸附变压器油中溶解特征气体CH₄和C₂H₄进行理论计算，从理论上探讨单层Ni-PtSe₂在气体吸附前后的几何结构、单层NiPtSe₂电子态密度以及能带结构的变化。计算发现，CH₄和C₂H₄气体吸附体系的吸附能分别为-1.536 eV和-2.502 eV，表明单层Ni-PtSe₂对两种特征气体的吸附均为化...     

探测变压器故障的新装置

本文叙述了用于检测溶于变压器油中气体的一种新诊断装置,此种装置使用Tetrafluoroethylene-perfluoroalkylvinylether(PFA)共聚合薄膜,从油中分离出H_2,Co,CH_4,C_2H_2,C_2H_4及C_2H_6气体,用一种新的气体检测器来检测这些气体,其结构包括气体探测器及气体色谱仪,使用空气作为运载气体。按照气体浓度,装置能自动地确定变压器运行是否正常,如果运行不正常,可能发生何种性质的故障。利用诊断装置,可对变压器进行简单价廉的判断。此种装置对于识别变压器可能发生的故障性质是有效的。     

原子吸收法测定变压器油中金属判断故障部位

一、前言变压器内部发生故障时,会使绝缘油热解产生H_2、CO、CO_2、CH_4、C_2H_6、C_2H_4、C_2H_2等气体,同时还会有一些金属材料如铜、铁、铅等颗粒或离子在高温作用下悬浮(或溶解)在石油中。通常,用气相色谱法分析变压器油中的气体来检测变压器内部故     

基于密度泛函理论的油中溶解气体拉曼特征频谱分析

为了准确获取电力变压器的运行状态,对其进行有效的维护,文中针对7种变压器故障气体的拉曼特征频谱选择,建立了基于密度泛函理论(DFT)中B3LYP方法的气体分子构型优化和拉曼频移特征仿真分析,并结合搭建的拉曼实验平台;对相等含量的7种故障气体完成拉曼检测,结合密度泛函理论与实际检测,确定7种故障气体H_2、CH_4、C_2H_6、C_2H_4、C_2H_2、CO、CO_2的特征拉曼频移分别为:4 155、2 924、2 954、1 346、1 976、2 142、1 390 cm~(-1)。此结果已将得到故障气体实测拉曼频移与校正拉曼频移偏差率控制在±3%以内,为故障气体种类的快速判别及定量分析打下基础。     

基于氦等离子体离子化的变压器油中气体检测方法

针对现有油中气体在线监测装置因测量精度低、检测数据重复性差等劣势而难以满足现场可靠跟踪分析变压器油中气体变化的问题,提出了一种基于氦等离子体离子化的变压器油中气体检测方法,实现了变压器的在线监测。该技术采用双极放电电子捕获气体检测原理,基于此研制了一种新型油中气体在线监测装置。将该监测装置安装在现场变压器上并运行,对油中H_2、CO、CH_4、C_2H_2、C_2H_4、C_2H_6、CO_2等气体进行监测和分析。现场数据表明,该装置运行稳定,在线监测数据与离线检测数据基本相符,且测量精度、重复性满足工程应用的要求。     

用C_2H_2/C_2H_4、CH_4/H_2比值图诊断变压器故障性质

实践证明绝缘油的气相色谱分析方法对于发现充油电气设备内部的潜伏性故障以及保证充油电气设备的安全运行已见成效。如将主要气体C_2H_2/C_2H_4、CH_4/H_2、C_2H_4/C_2H_0的比值分别称为P_1、P_2、P_3。并用P_1为横座标,P_2为纵座标,可作P_1—P_2比值图。本文试用比值图诊断变压器故障性质的方法作一介绍。     

不同放电能量下酯类绝缘油的产气差异性分析EI北大核心CSCD

酯类绝缘油作为一种环境友好型绝缘液,在电力变压器中的应用越来越广泛。但不同酯类绝缘油的理化、电气特性具有显著的差异,在相同故障下其产气规律也有一定的区别。该文以天然酯、改性酯以及合成酯为研究对象,研究其在不同放电能量下的产气规律与产气差异,并将特征气体含量与放电能量进行关联性分析。结果表明,不同酯类绝缘油的产气规律具有一定差异,天然酯绝缘油易产生更多的H_(2)和C_(2)H_(6),改性酯和合成酯绝缘油易产生较多的C_(2)H_(4)和C_(2)H_(2),绝缘油的分子结构和特征气体的溶解特性差异是影响油中溶解气体的主要原因;随着放电能量的增加,H_(2)、CH_(4)和C_(2)H_(6)占比呈现下降趋势,C_(2)H_(2)、C_(2)H_(4)以及CO占比呈现上升趋势;通过特征气体的单位焦耳产气量、C_(2)H_(2)/H_(2)比值以及CO含量可以定性判断放电故障的严重程度。结果可为酯类绝缘油变压器的状态诊断提供参考。     

用气相色谱法检测变压器内部故障的数据处理

利用气相色谱法定期分析溶解于变压器油中的气体,能发现变压器内部存在的潜伏性故障,随时掌握故障的发展情况,真正做到防患于未然。溶解于变压器油中的气体种类很多,对判断故障有影响的有:甲烷(CH_4)、乙烷(C_2H_6)、乙烯(C_2H_4)、乙炔(C_2H_2)、一氧化炭(CO)、二氧化炭(CO_2)等。因此,大量的数据往往给统计、管理带来一些困难。在微型计算机日益普及的今天,按照部颁《变压器油中溶解气体分析和判断导则》的要求精神,编制了在DJS—033 B型福桔牌微机上使用的程序,效果尚可,现介绍于下供参考。     

一种电力变压器油中溶解气体的标定新方法

油中溶解气体的准确标定是电力变压器在线监测与故障诊断的前提。当前的油中溶解气体标定主要采用分段折线拟合方法,存在着分段拐点处光滑性不足、可重复性较差以及整体拟合精度低等问题。针对这些问题,提出了基于Levenberg-Marquardt(LM)算法的油中溶解气体标定方法,通过建立电力变压器油中溶解气体在线监测系统,采集了H_2、CH_4、C_2H_6、C_2H_4和C_2H_2等5种主要气体的实验数据,结合这5种气体的不同传感特性,应用LM算法对其进行拟合,实现了这5种油中气体的有效标定。实验结果表明,该方法克服了传统方法的不足,且拟合精度完全符合国家电网相关标准的要求。     

基于第一性原理的SnO2(101)表面对SF6分解气体气敏性能研究

通过检测SF_6典型分解气体可以诊断出SF_6气体绝缘设备早期绝缘故障。二氧化锡(SnO_2)是应用广泛的气敏材料,文中采用第一性原理计算并分析了SF_6分解气体在SnO_2(101)表面的吸附情况,研究SnO_2(101)表面对SF_6分解气体的气敏性能。通过理论计算,获得了H_2S、SF_6、SO_2、SOF_2和SO_2F_2气体分子在SnO_2(101)表面吸附的吸附能、吸附构型、电荷转移、差分电荷密度、态密度、势能图与功函数等表征吸附特性的参量。分析计算结果发现,SnO_2(101)对H_2S和SO_2有很好的选择性和敏感性,有望成为检测SF_6分解气体的传感器材料。     

油纸绝缘气隙放电能量特性与产气规律的相关性

为了研究油纸绝缘气隙放电能量特性与产气规律的相关性,基于油纸绝缘气隙放电模型,利用恒压法进行了36 h的气隙放电发展特性试验。计算了不同放电时刻最大放电能量和平均放电能量的幅值,引入放电重复率并提出每秒平均放电能量这一新特征量,分析结果表明每秒平均放电能量能够很好地表征局部放电的放电发展特性。另一方面,提取H_2、CH_4、C_2H_6、C_2H_4、C_2H_2和CO作为变压器油中溶解特征气体,对这6种特征气体的体积分数与每秒平均放电能量的相关性进行分析,结果表明:在油纸绝缘气隙放电过程中H_2的体积分数与每秒平均放电能量的相关性最高,其次为CO和CH_4,用这3种气体体积分数的变化可以大致反映出每秒平均放电能量的变化规律。     

锐钛矿型(101)晶面吸附SF_6局部放电分解组分的气敏机理分析

气体绝缘组合开关(GIS)内部的局部放电会导致绝缘气体SF_6分解,生成多种特征气体。通过检测特征气体的成分和浓度能够及早发现GIS设备内部潜伏性绝缘缺陷,在设备绝缘状况恶化前提前预警,避免突发性故障发生。作为气敏传感领域的研究热点,TiO_2纳米管在GIS故障气体监测领域应用前景广阔。该文从微观层面上研究TiO_2纳米管气体传感器的气敏机理。利用Materials Studio软件仿真计算了锐钛矿型TiO_2(101)晶面的完美晶面、缺陷晶面以及Pt掺杂晶面对特征气体SO_2、SOF_2、SO_2F_2的吸附参数,理论分析了气体分子与晶面的作用过程,建立起晶面导电性能与气体分子吸附的联系。此外,通过气敏实验研究了本征及Pt掺杂TiO_2纳米管传感器对SO_2、SOF_2、SO_2F_2的气敏响应,并基于仿真结果解释实验现象,完善了TiO_2纳米管的气敏机理,为制备GIS设备局部放电监测的气敏传感器奠定了基础。     

羟基化碳纳米管检测油中溶解气体的理论分析

为检测油中溶解气体,应用密度泛函理论,通过计算机量子力学模拟研究了羟基侧壁修饰的(8,0)单壁碳纳米管(SWNT-OH)对变压器油中溶解气体分子C2H2、CH4、C2H4、CO、H2的吸附特性。计算得到的吸附能、净电荷转移量、作用距离及电子态密度表明,SWNT-OH对油中溶解气体分子的吸附属于物理吸附,且吸附气体分子之后,SWNT-OH的几何结构和电子结构都发生了变化。SWNT-OH对有机分子(C2H2、CH4、C2H4)的吸附能力大于对无机分子(CO、H2)的吸附能力,在有机分子中对C2H2的吸附能力最大。因此,预测SWNT-OH可以作为检测变压器油中溶解的C2H2气体的新型气体传感器。