電氣設備的安全可靠運行是避免電網重大事故的第一道防線,油紙絕緣設備是電網設備的重要組成部分。及時、準確地診斷運行油紙絕緣設備的老化狀態(tài),特別是對運行十五年以上的老舊設備進行現(xiàn)場的快速診斷,做到防患于未然,是保證電網安全生產和實現(xiàn)設備高效檢修的關鍵之一。油紙絕緣設備運行老化的過程中,絕緣油或紙在電或熱的作用下發(fā)生分解產生如糠醛、丙酮、甲醇、CO、CO_2等各種反映絕緣老化狀態(tài)的特征物質,并溶解于油中,使絕緣油中蘊含大量油紙絕緣老化信息。目前老化診斷技術采樣和檢測方法復雜,且大多依靠單一特征量進行診斷,激光拉曼光譜技術在直接檢測混合物體系及狀態(tài)診斷方面具有優(yōu)勢。論文課題來源于國家重大科學儀器設備開發(fā)專項,開展油紙絕緣老化拉曼光譜特征量提取及診斷方法研究,以期解決制約運行油紙絕緣設備老化拉曼光譜診斷的諸多應用難題,為實現(xiàn)油紙絕緣設備老化現(xiàn)場快速診斷奠定基礎。論文的主要工作如下:(1)通過實驗室開展加速熱老化試驗獲取大量不同老化狀態(tài)的代表性油紙絕緣樣本,基于傳統(tǒng)方法分析老化過程中各種老化特征量(絕緣紙聚合度、油中糠醛、水分、氣體和酸值等)的變化規(guī)律及相互之間的對應關系。依據(jù)經典的油紙絕緣老化機理和典型熱老化規(guī)律對樣本進行老化階段的劃分,建立不同老化階段的油紙絕緣樣本集;搭建拉曼光譜檢測平臺,針對老化特征物濃度低、干擾強、信號弱的問題,制備具有較高信號增強效應和空間均勻性、并且在激光檢測過程中有較高時間穩(wěn)定性的銀納米SERS基底;確定了去除尖峰、降噪和去基線等數(shù)據(jù)預處理方法;(2)構造各老化特征物的分子模型,仿真計算其拉曼光譜特性,并對比實測結果實現(xiàn)對各老化特征物在絕緣油中拉曼特征峰的指認,分析油中溶解老化特征物濃度與拉曼峰強度之間的線性關系;通過SERS檢測獲取蘊含油紙絕緣不同老化階段差異信息的光譜數(shù)據(jù),采用Voigt函數(shù)對光譜信號進行解析分析,研究老化過程中拉曼光譜特征的變化,驗證拉曼光譜技術對油紙絕緣老化的診斷能力,為光譜診斷特征量的提取提供依據(jù)。(3)采用蒙特卡洛交互驗證法篩除數(shù)據(jù)樣本中存在的少量奇異樣本;采用競爭性自適應重加權算法從拉曼光譜信號中提取出與老化程度密切相關的關鍵變量,并將其與老化特征物的拉曼特征峰所在位置進行比對,進一步驗證拉曼光譜對油紙絕緣老化的判別能力;采用主成分分析法提取油紙絕緣老化拉曼光譜特征量,并分析主成分特征量與老化程度的內在關聯(lián)。(4)通過計算光譜小波包能量熵從信息熵的角度觀測油紙絕緣在老化過程中拉曼光譜能量的變化情況,發(fā)現(xiàn)在老化進程中絕緣油拉曼光譜的小波包能量熵呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢;進一步提出結合信息熵與核主成分分析方法的核熵成分分析法進行特征量提取,依據(jù)雷尼熵的貢獻率從拉曼光譜中提取出核熵成分特征量,并分析其與油紙絕緣老化程度的內在關聯(lián)。(5)基于所提取的主成分特征量與核熵成分特征量,構建BP神經網絡和多分類支持向量機油紙絕緣老化狀態(tài)診斷模型,并分別運用遺傳算法和粒子群算法對兩種診斷模型進行優(yōu)化,訓練出判別能力優(yōu)良的油紙絕緣老化診斷模型。結合典型運行變壓器的絕緣油測試樣本,采用相同的光譜解析方法和特征量提取方法對運行絕緣油光譜進行研究,采用無監(jiān)督的聚類方法對照分析拉曼光譜新特征量與傳統(tǒng)診斷指標之間的對應關系,并最終驗證診斷模型的判別能力和泛化能力。研究結果表明:基于拉曼光譜分析的油紙絕緣老化診斷方法具有良好的老化判別能力,對提升油浸式電氣設備老化狀態(tài)現(xiàn)場診斷水平,拓展拉曼光譜技術在電氣領域的應用具有重要的學術價值和實際意義。
【學位單位】：重慶大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TM855
【部分圖文】：

圖 2.8 絕緣油樣本及對Fig. 2.8 Oil samples and the sh從圖（b）對應的拉曼光譜中可以看出有較強的熒光激發(fā)效率，會吸收激光中的部表面，導致絕緣油拉曼信號的基線升高。這老化程度，但是由于熒光強度會大于有效拉的細節(jié)信息。從本節(jié)的分析結果中可以看出，油中溶之間有較好的對應關系，且都與絕緣紙的聚光譜特征量與油紙絕緣老化程度之間的聯(lián)系老化階段，能夠從整體上反應樣本的老化狀映一些區(qū)別，但是無法觀測到不同老化階段的檢測水平并進行深入分析。500

重慶大學博士學位論文銅箔切割為 0.5cm×0.5cm 的小正方形，用；為 0.01mol/L 的硝酸銀和 2-硝基苯甲酸的進行置換反應；進行五分鐘后，取出制備的 SERS 基底，離子水沖洗；放置于恒溫干燥箱中，在 60℃溫度下干應制得的 SERS 基底如圖 2.10 所示，左鐘后得到的 SERS 基底。

圖 2.13 六邊形銀納米片基底形貌的電場分布圖 （a）銀納米片電場仿真主視圖（b）側視圖Fig. 2.13 Electric field distribution in the model of the silver nanoplates (a) front view (b) side view大多數(shù) SERS 基底的增強能力都能夠滿足實際應用的需求，基底的均勻性和穩(wěn)定性才是影響檢測和分析效果最關鍵的因素，在本研究中基于同樣的需求，做出了以下考慮：通過控制納米結構組裝和排列的均勻性來實現(xiàn)對空間均勻性的控制，同時通過抑制銀的氧化速度和熱不穩(wěn)定性來實現(xiàn)時間穩(wěn)定性。圖 2.14 為結合 SERS基底對絕緣油多次檢測的結果，能夠看出所制備的基底具有良好的穩(wěn)定性能。

【參考文獻】

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本文編號：2819908