一种用于变压器油中溶解气体的光纤拉曼光谱检测装置的制作方法

1.本实用新型涉及电气领域，尤其涉及一种用于变压器油中溶解气体的光纤拉曼光谱检测装置。


背景技术：

2.对于变压器油中溶解气体的检测，现有故障特征气体在线监测装置主要由油气分离器及油中脱出的故障特征气体传感检测器两大部分组成。内部传感检测器存在的气体交叉干扰、易老化、稳定性差等问题是造成目前故障特征气体在线监测装置分析误差大、多误判和漏判的主要原因。
3.现有变压器油中故障特征气体传感分析方法主要有：气相色谱法、质谱法、半导体(碳纳米管)气敏传感器、固态微桥式检测器。气相色谱法是微量故障特征气体分析最常用的检测方法，可实现准确测量，但色谱柱易老化，不利于长期检测。质谱法具有高效、准确检测的特点，但需结合色谱柱才能实现混合气体的有效检测。半导体(碳纳米管)气敏传感器及固态微桥式检测器灵敏度高，但存在混合气体交叉敏感问题且易老化、稳定性低，其检测准确度也有待提高。
4.因此，如何设计一种稳定性好、抗干扰能力好的用于变压器油中溶解气体的检测装置成为亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本实用新型提供了一种用于变压器油中溶解气体的光纤拉曼光谱检测装置，以解决现有f方法稳定性不好、抗干扰能力弱的问题。
6.本实用新型提供了一种用于变压器油中溶解气体的光纤拉曼光谱检测装置，包括油气分离单元、数据传输线、数据处理单元、光纤进气单元、拉曼光谱信号检测单元、通信线和通信/报警单元，其中：
7.所述油气分离单元与变压器组件连接，所述油气分离单元通过所述数据传输线与所述数据处理单元连接；
8.所述光纤进气单元与所述油气分离单元连接；
9.所述拉曼光谱信号检测单元与所述光纤进气单元连接；
10.所述拉曼光谱信号检测单元与所述数据处理单元连接；
11.所述数据处理单元通过所述通信线与所述通信/报警单元连接。
12.可选择的，所述油气分离单元包括取油阀、自动取油控制器、输油管道、油气分离器和输气管道，其中：
13.所述取油阀设置于所述变压器组件上；
14.所述自动取油控制器与所述取油阀通过所述输油管道连接；
15.所述油气分离器与所述自动取油控制器连接；
16.所述油气分离器与所述光纤进气单元通过所述输气管道连接；
17.所述自动取油控制器通过所述数据传输线与所述数据处理单元连接。
18.可选择的，所述光纤进气单元包括进气口、样品容器和空芯光纤，其中：
19.所述进气口的一端通过所述输气管道与所述油气分离器连接；
20.所述进气口的另一端与所述样品容器连接；
21.所述空芯光纤纵向设置于所述样品容器内；
22.所述空芯光纤与所述拉曼光谱信号检测单元连接。
23.可选择的，所述拉曼光谱信号处理单元包括激光器、聚焦镜、第一反射镜、二向分色镜、光路配件、第二反射镜、激光滤光片、拉曼光谱仪和ccd，其中：
24.所述聚焦镜设置于所述空芯光纤的正下方；
25.所述第一反射镜设置于所述聚焦镜的正下方，所述第一反射镜的反射面朝向所述聚焦镜；
26.所述二向分色镜通过所述光路配件与所述第一反射镜连接，所述二向分色镜的镜面朝向所述第二反射镜；
27.所述激光器设置于所述二向分色镜的正下方；
28.所述第二反射镜设置于所述二向分色镜的右侧，所述第二反射镜的反射面朝向所述二向分色镜；
29.所述激光滤光片设置于所述第二反射镜的正上方；
30.所述拉曼光谱仪设置于所述激光滤光片的正上方；
31.所述ccd设置于所述拉曼光谱仪上；
32.所述ccd与所述数据处理单元连接。
33.可选择的，所述用于变压器油中溶解气体的光纤拉曼光谱检测装置还包括与所述自动取油控制器连接的废油收集器。
34.可选择的，所述用于变压器油中溶解气体的光纤拉曼光谱检测装置还包括废气收集单元，所述废气收集单元包括排气口、自控排气控制器和废气收集器，所述排气口的一端与所述样品容器连接；
35.所述排气口的另一端与所述自控排气控制器连接，所述自控排气控制器通过所述数据传输线与所述数据处理单元连接；
36.所述废气收集器与所述自控排气控制器连接。
37.可选择的，所述数据处理单元为数据处理器。
38.可选择的，所述通信/报警单元为自动报警器。
39.本实用新型提供了一种用于变压器油中溶解气体的光纤拉曼光谱检测装置，包括油气分离单元、数据传输线、数据处理单元、光纤进气单元、拉曼光谱信号检测单元、通信线和通信/报警单元，其中：使用时，将所述油气分离单元与变压器组件连接，所述油气分离单元通过所述数据传输线与所述数据处理单元连接；所述光纤进气单元与所述油气分离单元连接，通过设置光纤进气单元，利用光纤技术，能够抗电磁干扰、电绝缘性强，并且稳定性高；所述拉曼光谱信号检测单元与所述光纤进气单元连接，通过设置拉曼光谱信号检测单元，利用拉曼光谱技术，能够快速的对气体进行检测，并且选择性强，灵敏度高；所述拉曼光谱信号检测单元与所述数据处理单元连接；所述数据处理单元通过所述通信线与所述通信/报警单元连接。本实用新型通过将光纤技术和拉曼光谱技术结合使用，实现了变压器油
中溶解气体的快速准确检测。
附图说明
40.为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
41.图1为本实用新型提供的一种用于变压器油中溶解气体的光纤拉曼光谱检测装置的结构示意图。
42.图示说明：
43.其中，1-变压器组件；2-取油阀；3-自动取油控制器；4-油气分离器；5-进气口；6-排气口；7-自控排气控制器；8-废气收集器；9-激光器；10-二向分色镜；11-第一反射镜；12-聚焦镜；13-样品容器；14-空芯光纤；15-第二反射镜；16-激光滤光片；17-拉曼光谱仪；18-ccd；19-数据处理器；20-自动报警器；21-输油管道；22-废油收集器；23-输气管道；24-数据传输线；25-光路配件；26-通信线。
具体实施方式
44.下面结合本实用新型中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
45.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于再次描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
46.参见图1，本实用新型提供了一种用于变压器油中溶解气体的光纤拉曼光谱检测装置，包括油气分离单元、数据传输线24、数据处理单元、光纤进气单元、拉曼光谱信号检测单元、通信线26和通信/报警单元，其中：
47.所述油气分离单元与变压器组件1连接，所述油气分离单元通过所述数据传输线24与所述数据处理单元连接；
48.所述光纤进气单元与所述油气分离单元连接；
49.所述拉曼光谱信号检测单元与所述光纤进气单元连接；
50.所述拉曼光谱信号检测单元与所述数据处理单元连接；
51.所述数据处理单元通过所述通信线26与所述通信/报警单元连接。
52.可选择的，所述油气分离单元包括取油阀2、自动取油控制器3、输油管道21、油气分离器4和输气管道23，其中：
53.所述取油阀2设置于所述变压器组件1上；
54.所述自动取油控制器3与所述取油阀2通过所述输油管道21连接；
55.所述油气分离器4与所述自动取油控制器3连接；
56.所述油气分离器4与所述光纤进气单元通过所述输气管道23连接；
57.所述自动取油控制器3通过所述数据传输线24与所述数据处理单元连接。
58.变压器组件1中的油经过取油阀2取出，由自动取油控制器3控制取油速度，再进入油气分离器4进行油气分离。
59.可选择的，所述光纤进气单元包括进气口5、样品容器13和空芯光纤14，其中：
60.所述进气口5的一端通过所述输气管道23与所述油气分离器4连接；
61.所述进气口5的另一端与所述样品容器13连接；
62.所述空芯光纤14纵向设置于所述样品容器13内；
63.所述空芯光纤14与所述拉曼光谱信号检测单元连接。
64.经过油气分离器4脱出的气体，经过进气口5进入样品容器13，在样品容器13内，自由扩散进入空芯光纤14中。为了防止样品容器13内气体压力过大，样品容器13上还设置有排气口6，自控排气控制器7控制排气速度，排出的气体进入废气收集器8。
65.可选择的，所述拉曼光谱信号处理单元包括激光器9、聚焦镜12、第一反射镜11、二向分色镜10、光路配件25、第二反射镜15、激光滤光片16、拉曼光谱仪17和ccd18，其中：
66.所述聚焦镜12设置于所述空芯光纤14的正下方；
67.所述第一反射镜11设置于所述聚焦镜12的正下方，所述第一反射镜11的反射面朝向所述聚焦镜12；
68.所述二向分色镜10通过所述光路配件25与所述第一反射镜11连接，所述二向分色镜10的镜面朝向所述第二反射镜15；
69.所述激光器9设置于所述二向分色镜10的正下方；
70.所述第二反射镜15设置于所述二向分色镜10的右侧，所述第二反射镜15的反射面朝向所述二向分色镜10；
71.所述激光滤光片16设置于所述第二反射镜15的正上方；
72.所述拉曼光谱仪17设置于所述激光滤光片16的正上方；
73.所述ccd18设置于所述拉曼光谱仪17上；
74.所述ccd18与所述数据处理单元连接。
75.近似平行光的激光由激光器9出射，经过二向分色镜10反射，再经过第一反射镜11反射后，被聚焦镜耦合进入空芯光纤14中。激光激发空芯光纤14中气体产生拉曼散射光，拉曼散射光由空芯光纤14一端出射，经过聚焦镜12变为近似平行光，被第一反射镜11反射后，通过二向分色镜10，再被第二反射镜15反射至激光滤光片16。激光滤光片16会滤除掉激光与瑞利散射光，仅留下拉曼散射光。最终拉曼散射光进入拉曼光谱仪17与ccd18并被检测。
76.可选择的，所述用于变压器油中溶解气体的光纤拉曼光谱检测装置还包括与所述自动取油控制器3连接的废油收集器22。
77.可选择的，所述用于变压器油中溶解气体的光纤拉曼光谱检测装置还包括废气收集单元，所述废气收集单元包括排气口6、自控排气控制器7和废气收集器8，所述排气口6的一端与所述样品容器13连接；
78.所述排气口6的另一端与所述自控排气控制器7连接，所述自控排气控制器7通过所述数据传输线24与所述数据处理单元连接；
79.所述废气收集器8与所述自控排气控制器7连接。
80.可选择的，所述数据处理单元为数据处理器19，ccd18检测到的拉曼散射信号会被传输到数据处理器19，数据处理器19为计算机。
81.可选择的，所述通信/报警单元为自动报警器20，当数据处理器19获得的信号超出注意值后，自动报警器20就会动作，进行报警。
82.可选择的，本实用新型还包括电源，用于为该装置提供电能，本实用新型使用过程如下：
83.a)打开电源；
84.b)计算机控制自动取油控制器3从待检变压器取油阀2处抽取油样；
85.c)油样经输油管道21运至油气分离器4，油气分离后的混合气体经输气管道23运至样品容器13；
86.d)样品容器13中的混合气体通过自由扩散进入空芯光纤14纤芯(空芯光纤14通过提高激光与气体有效作用路径长度、气体拉曼散射光收集效率，提高气体拉曼光谱检测灵敏度；空芯光纤14侧壁钻有微米级别孔洞，可大大提高气体自由扩散进入光纤纤芯的速率)；
87.e)激光器9发出激光，经二向分色镜10、反射镜反射，经聚焦镜12聚焦后进入空芯光纤14纤芯(二向分色镜10可高效反射激光，并高效投射气体拉曼散射光)；
88.f)激光与混合气体在空芯光纤14中相关作用，产生的气体拉曼散射光沿原光路返回，穿过二向分色镜10、经激光滤光片16反射后进入拉曼光谱仪17，而后被ccd18采集；
89.g)ccd18产生的数据传输至计算机，计算机对气体成分及含量进行分析并将分析结果经通信网络传到控制室，自动报警器20设置于控制室内；当气体超过计算机中设定的阈值时，会触发自动报警器20；
90.h)样品容器13中的废气经自动排气控制器7排放到废气收集器8中；
91.i)油气分离器4中的废油自动排放到废油收集器8中；
92.j)关闭电源。
93.本实用新型提供了一种用于变压器油中溶解气体的光纤拉曼光谱检测装置，包括油气分离单元、数据传输线24、数据处理单元、光纤进气单元、拉曼光谱信号检测单元、通信线26和通信/报警单元，其中：使用时，将所述油气分离单元与变压器组件1连接，所述油气分离单元通过所述数据传输线24与所述数据处理单元连接；所述光纤进气单元与所述油气分离单元连接，通过设置光纤进气单元，利用光纤技术，能够抗电磁干扰、电绝缘性强，并且稳定性高；所述拉曼光谱信号检测单元与所述光纤进气单元连接，通过设置拉曼光谱信号检测单元，利用拉曼光谱技术，能够快速的对气体进行检测，并且选择性强，灵敏度高；所述拉曼光谱信号检测单元与所述数据处理单元连接；所述数据处理单元通过所述通信线26与所述通信/报警单元连接。本实用新型通过将光纤技术和拉曼光谱技术结合使用，实现了变压器油中溶解气体的快速准确检测。
94.以上仅是本实用新型的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。