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检测变压器油中氢气光纤布喇格光栅传感器的研究

作　者: 罗颖婷
导　师: 李成榕
学　校: 华北电力大学
专　业: 高电压与绝缘技术
关键词: 变压器 钯 光纤布喇格光栅 氢浓度传感器 局部放电
分类号: TP212.14
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


出现微弱局部放电或低温热点现象是变压器早期故障之一,产生的氢气是主要故障气体,因此通过监测氢气量来分析变压器早期故障具有十分重要的意义。现有在线监测系统都需要将故障气体与变压器油分离后再进行检测,油气分离过程存在对变压器油引入污染、平衡时间长、分离装置结构复杂等缺点。检测过程一般都会涉及到电子元件,易受到电磁干扰的影响。提出并研制了变压器油中光纤布喇格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)氢浓度传感器,其原理是基于金属钯吸氢后体积膨胀的理论与FBG对应变敏感的特性,在FBG表面涂覆一层钯膜作为检测氢气的传感膜。采用磁控溅射的方法制备传感器,克服了传统FBG氢浓度传感器迟滞较大的缺点；通过预先涂覆聚酰亚胺解决了传统FBG氢浓度传感器高氢气浓度下钯脱落问题。所研制出的传感器具有灵敏度好、线性度高、迟滞小、可靠性强的特点,其中传感器灵敏度为62.73pm/%H2,相关系数为0.996,非线性误差为1.61%。在油气溶解试验平台上,采用FBG氢浓度传感器进行了油中氢气测量,试验结果表明,传感器响应迅速。在实验室油中局部放电平台上进行了不同模型的局放试验,试验结果表明,所研制传感器布喇格波长与气相色谱测量值线性相关,与放电模型及放电量无关,且具有较快的响应速度,其中灵敏度为0.043pm/ppm,相关系数为0.974,非线性误差为14.65%。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章 绪论  9-22
  1.1 课题背景及研究目的和意义  9-10
  1.2 变压器油色谱在线监测国内外研究现状  10-16
  1.3 在线色谱监测存在的问题  16
  1.4 其它检测方法及存在问题  16-21
    1.4.1 光强检测法  17-20
    1.4.2 波长检测法  20
    1.4.3 存在的问题  20-21
  1.5 论文的主要工作  21-22
第2章 FBG氢浓度传感器的研制  22-36
  2.1 引言  22
  2.2 现有FBG氢浓度传感器  22-26
    2.2.1 栅区涂覆钯层  22-23
    2.2.2 使用特殊结构  23-25
    2.2.3 小结  25-26
  2.3 传感器的设计  26-30
    2.3.1 FBG的传感器原理  26-27
    2.3.2 传感器结构确定  27-28
    2.3.3 理论结构分析  28-30
  2.4 传感器的研制  30-35
    2.4.1 薄膜制备方法  30-33
    2.4.2 灵敏度和线性度提高  33-34
    2.4.3 金属钯膜脱落问题  34-35
    2.4.4 制备方案的确定  35
  2.5 本章小结  35-36
第3章 FBG氢浓度传感器性能试验  36-43
  3.1 引言  36
  3.2 传感器性能指标  36-37
    3.2.1 线性度  36
    3.2.2 灵敏度  36-37
    3.2.3 重复性和可靠性  37
  3.3 传感器灵敏度分析及性能试验  37-42
    3.3.1 试验布置  37-38
    3.3.2 厚度对灵敏度的影响  38-39
    3.3.3 传感器重复性试验  39-40
    3.3.4 粘附层对灵敏度的影响  40
    3.3.5 传感器可靠性的提高  40-42
  3.4 本章小结  42-43
第4章 FBG氢浓度传感器变压器油中氢气检测  43-55
  4.1 引言  43
  4.2 变压器油中吸氢试验  43-45
    4.2.1 理论分析  43
    4.2.2 试验布置  43-44
    4.2.3 试验结论  44-45
  4.3 局部放电氢气检测  45-53
    4.3.1 不同局部放电产生氢气情况  45
    4.3.2 试验布置  45-47
    4.3.3 变压器油和纸板的处理  47-49
    4.3.4 试验结果分析  49-53
  4.4 本章小结  53-55
第5章 结论  55-56
  5.1 结论  55
  5.2 工作展望  55-56
参考文献  56-60
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  60-61
致谢  61

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器 > 物理传感器 > 光传感器
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