西安交通大学电气工程学院电力设备电气绝缘国家重点实验室，陕西 西安 710049
为实现激光诱导击穿光谱技术对变压器油中铁颗粒含量的准确定量检测，本文提出了一套光谱处理算法。该算法基于特征峰的稀疏性建模并结合凸优化规则改进数值迭代过程，以实现低通基线估计和特征峰分离；进一步，用目标分析线对光谱进行降维，并依靠基于袋装决策树的集成分类器完成烧蚀点的二分类。滤波器截止频率、滤波阶数、不对称比例、正则化参数分别取0.15、1、6、0.8时，基线估计及Fe特征谱线强度的准确性高；袋装决策树集成分类器对降维后光谱的识别准确率高达98.33%；有效点的光谱校正强度与Fe颗粒质量比的线性相关系数为0.9983。所提方法能精确实现特征谱线的提取和有效点筛选，保证油中Fe颗粒质量比定量检测的准确性。
光谱学 激光诱导击穿光谱 光谱处理算法 变压器油 铁颗粒 中国激光
2023, 50(10): 1011001
1 安徽理工大学, 深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室, 安徽 淮南 232001
2 安徽理工大学电气与信息工程学院, 安徽 淮南 232001
电力变压器油的检测分析是电力变压器故障诊断的有效方法, 快速识别电力变压器油的油样对电力变压器故障诊断工作有重大意义。 常规的电力变压器油的检测技术主要是气相色谱法, 此方法操作比较复杂, 且不适合在线检测, 不能及时发现变压器的故障隐患。 提出一种激光诱导荧光光谱(LIF)技术与极限学习机(ELM)算法的电力变压器故障诊断研究的方法。 实验采集四种油样, 分别为热性故障油、 电性故障油、 局部受潮油以及原油。 使用激光发生器激发油样而发射荧光, 获取不同油样光谱数据, 采用MSC、 SNV预处理算法对光谱数据进行处理, 防止噪声等因素干扰。 随后, 利用KPCA和PCA降维, 主成分个数皆取5, KPCA处理后显示MSC预处理的累计贡献率最高, 为99%, 经MSC预处理的PCA模型累计贡献率依然达到95%以上, Original-KPCA与Original-PCA模型的累计贡献率均达到65%以下, 可以发现, 采用预处理的模型, 累计贡献率均有上升。 最后, 分别对两种降维后的数据利用ELM进行回归拟合。 实验表明, KPCA、 PCA两种降维方式, KPCA算法表现性能较好, 处理数据时间更短, 提高了模型的可靠性和效率。 同KPCA降维方式下, MSC-ELM模型的拟合优度R2为0.999 41, 均方误差MSE为0.074%; SNV-ELM拟合优度R2为0.999 08, 均方误差MSE为0.129%; Original-ELM拟合优度R2为0.996 95, 均方误差MSE为0.399%; 对比可以发现MSC比SNV处理后的效果更好, MSC-KPCA-ELM模型表现效果最佳, 预测值与真实值更为接近, 均方根误差最小。 结果证明, MSC-KPCA-ELM模型结合激光诱导荧光光谱技术更加适用于对电力变压器是否发生故障的快速诊断, 精确判断为哪种故障类型, 保障电力设备的运行安全。
激光诱导荧光光谱 极限学习机 变压器油 Laser induced fluorescence spectroscopy Extreme learning machine Transformer oil KPCA PCA KPCA PCA 光谱学与光谱分析
2022, 42(5): 1459
广东电网有限责任公司广州供电局, 广东 广州 510410
电力能源发展与国家经济发展关系密切, 因此电网稳定、 安全地运行是人民稳定生活的保障。 而与稳定可靠的电网的运行有关的是变压器的绝缘水平, 因此始终注意电气设备的状况和运行非常重要。 而仅由纸绝缘产生的糠醛是目前用于评估电力变压器老化状况最常用的指标之一, 所以准确测量变压器油中糠醛含量具有重大意义。 拉曼光谱法可以实现对待测物的快速、 无损检测, 但受限于拉曼散射信号弱, 对油中老化特征物这种微量物质检测难度大。 表面增强拉曼光谱可以解决痕量物质检测的灵敏性问题, 使溶解在变压器油中的老化特征物得到快速、 无损地检测。 故将SERS应用到变压器油中糠醛的检测对于变压器运行状况的评估具有重要的意义。 围绕着变压器油中糠醛作为痕量物质检测灵敏度低的问题, 基于置换反应在TEM铜网上制备了微纳米结构的SERS基底, 以检测变压器油中的糠醛, 为高效, 准确地检测变压器油的老化水平提供一种快速、 有效的新技术。 选择了特定的实验材料, 在控制特定的实验条件下基于置换反应制备出微纳结构SERS基底, 经过电镜扫描对其表面形貌进行表征; 在不同位置进行拉曼检测得到特征拉曼峰峰强的变异系数仅为3.55%, 表明该基底的“热点”分布均匀和检测可重复性高; 定性分析了一定浓度梯度的变压器油中糠醛和背景噪声的拉曼光谱。 选择了1 702 cm-1的拉曼峰作为油中糠醛的特征拉曼峰。 定量分析中, 建立内标峰和1 702 cm-1处峰强比与变压器油中糠醛浓度的线性函数, 得到良好的线性关系。 使用3δ准则计算变压器油中糠醛在微纳结构SERS基底上的检测下限约为0.51 mg·L-1。 研究说明基于铜网置换反应的微纳结构SERS基底对于变压器油中糠醛具有更灵敏的检测。 这对于诊断电力变压器绝缘状况和维护电网稳定非常重要。
拉曼光谱 表面增强 变压器油 糠醛 微纳结构SERS基底 Raman spectroscopy Surface enhancement Transformer oil Furfural Micro-nano structure SERS substrate 光谱学与光谱分析
2021, 41(10): 3166
强激光与粒子束
2020, 32(2): 025011
国防科技大学 前沿交叉学科学院, 长沙 410073
紧凑宽带高功率微波源研制过程中, 为了提高工作电压, 开关振荡器采用变压器油作为绝缘介质。研制了一种具有较小几何尺寸和前向辐射方向图的组合振子天线作为辐射天线。在设计阶段, 采用电磁仿真软件对开关振荡器和辐射天线的性能进行了仿真和预测。然后, 对该宽带高功率微波源进行了实验研究, 并对辐射场进行了测量。结果表明：开关振荡器的工作电压超过300 kV, 辐射场rE值（距离和辐射电场峰值的乘积）达到125 kV; 辐射场中心振荡频率为375 MHz, 3 dB带宽为24%。
宽带高功率微波 变压器油 开关振荡器 组合振子天线 wideband high power microwave transformer oil switched oscillator electric-magnetic combined dipole antenna 强激光与粒子束
2019, 31(1): 013002
1 成都市产品质量监督检验院, 四川 成都 610000
2 哈尔滨理工大学电介质工程国家重点实验室培训基地, 黑龙江 哈尔滨 150080
3 成都(国家)产品质量检验研究院有限责任公司, 四川 成都 610000
4 华润电力(海丰)有限公司, 广东 汕尾 516468
变压器的维护至关重要。 变压器油中水含量的检测是变压器维护中很重要的一部分。 水在太赫兹频段独特的分子键振动模式使其对太赫兹波具有强烈的吸收性。 利用太赫兹时域光谱技术对变压器油进行水含量检测, 获得了不同水含量变压器油的吸收系数和折射率, 结合相关理论模型对获得的参数进行了分析验证。 试验结果表明, 变压器油的吸收系数和折射率与水含量呈线性关系。
太赫兹时域光谱 绝缘油 水含量检测 Terahertz time-domain spectroscopy Transformer oil Moisture content Test 光谱学与光谱分析
2018, 38(4): 1049
重庆工商大学 废油资源化技术与装备工程研究中心, 重庆 400067
配制了含不同颗粒污染等级的变压器油样, 利用中红外光谱扫描获得油样的红外光谱数据, 再采用连续投影算法提取油样红外光谱的有效波长变量, 分别应用偏最小二乘法和支持向量机法方法建立了颗粒污染等级与中红外光谱有效波长的模型.所配置的油样红外光谱经过连续投影算法提取的有效波长具有特定颗粒污染物特征波长的特点, 所建两种模型的预测效果均优于全谱的偏最小二乘法和支持向量机法模型, 对验证集样本数据预测的决定系数分别为0.892 9、0.934 3, 均方根误差为6.372×10－3、3.07×10－3, 获得了较好的预测效果, 为变压器油中颗粒物的检测提供了借鉴.
污染物检测 光谱分析 连续投影算法 偏最小二乘法 支持向量机 变压器油 颗粒污染物 Pollutant detection Spectrum analysis Successive Projections Algorithm Partial Least Squares Support Vector Machine Transformer oil Particulate pollutant
国防科学技术大学 光电科学与工程学院, 长沙 410073
为了产生较高中心频率宽带高功率微波,对一种填充变压器油作为绝缘介质的1/4波长开关振荡器进行了研究。首先对这种开关振荡器特性阻抗分布进行了分析; 然后利用静态电场仿真结果和变压器油击穿实验数据,分析了该振荡器的耐压能力; 在此基础上,利用CST软件对其瞬态工作特性进行了仿真,考察了开关间隙击穿位置和间隙电压下降时间对产生阻尼正弦信号的峰值和频率的影响; 最后介绍了该振荡器以一种方向系数为3的短螺旋天线作为辐射天线的实验测试结果,结果表明,该开关振荡器充电电压上升时间为15 ns时,耐压达到-322 kV,产生宽带高功率微波中心频率约360 MHz,3 dB带宽约22%,辐射因子170 kV。
宽带高功率微波 阻尼正弦脉冲 开关振荡器 变压器油 wideband high power microwave damped sinusoidal pulse switched oscillator transformer oil 强激光与粒子束
2016, 28(5): 053006
西南交通大学 电磁场与微波技术研究所, 成都 610031
设计了一种椭圆形柱面透镜天线阵列。为改善天线的辐射性能，考虑到高功率应用中的高压击穿问题，提出在横截面为椭圆形组合矩形的天线罩内填充变压器油的方法，并将三元刀型天线阵列密封其内，形成介质透镜天线阵。利用椭圆的几何聚焦能力和介质的缩波效应，提高天线阵列的主瓣增益，并增加天线阵列的电尺寸。通过调整天线阵列的单元间距，相较于不加透镜的阵列结构，该结构的轴向远场电压峰峰值增加41%，远场辐射波束宽度变窄，前后比也得到改善，且增益提高了4.96 dB，功率容量提高338倍，达9.63 GW。
高功率微波 透镜天线 变压器油 刀型天线阵列 几何光学 high power microwave lens antenna transformer oil knife-shape antenna array geometrical optics 强激光与粒子束
2016, 28(3): 033015
