基于拉曼光谱的变压器油中特征气体检测与数据分析研究

摘要

电力变压器在电力系统中的地位举足轻重，为准确获取电力变压器的运行状态，及时对其进行有效的维护，本文选用了基于DGA（Dissolved Gas Analysis）的拉曼光谱检测方法，以变压器油中溶解故障特征气体为检测研究对象，通过拉曼仿真获取故障特征气体的拉曼特性，通过拉曼光谱线型分析确定更加符合实际情况的光谱数据处理方式，通过新拉曼特征参量的挖掘与应用提高在现有实验条件下拉曼定量分析的精度，为电力变压器运行状态的可靠评估打下坚实基础。　　首先，针对七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率特征仿真分析，结合密度泛函理论与实际检测确定七种故障气体的特征拉曼频率，为故障气体种类的快速判别及定量分析打下了基础。　　其次，以CH4、C2H2气体为例，在对光谱数据进行背景基线扣除、平滑去噪处理等合理的数据处理后，应用GaussAmp线型拟合对其拉曼谱线进行拟合，并与Voigt线型拟合的结果进行了分析对比，发现在本文的实验条件下，对0.625ml/cm3浓度的CH4气体，两种拟合方式的校正决定系数虽然接近，但计算的谱峰面积差值竟然接近250a.u·cm-1;同时用AIC信息准则和校正决定系数两种评判标准都判断出：相比目前应用广泛的Voigt线型拟合，GaussAmp线型在对变压器油中溶解气体CH4、C2H2的拉曼谱线拟合中具有更佳的效果。　　而后，为了在现有实验条件的基础上提高拉曼光谱检测用于变压器油中溶解气体定量分析的精度，从描述性统计学角度入手，挖掘拉曼光谱中新的特征参量，发现描述性统计参量——峰度，可用作拉曼光谱分析中的新参量。针对乙炔气体的拉曼光谱实验数据，分别用基于GaussAmp拟合的谱峰参数定量分析方法和基于峰度的定量分析方法进行了处理，并对结果进行了基于统计学的评价。得到基于峰度拟合的相关系数与校正决定系数分别为0.99251和0.98294，大于基于GaussAmp谱峰参数拟合的0.97952和0.95366。表明对于乙炔气体基于峰度的定量分析在未对实验数据预处理的情况下得到了比目前拉曼气体检测定量分析更好的效果。　　最后，以CH4气体为例，应用非参数统计模型，将能反映拉曼散射强度的新发现的拉曼特征参量——峰度与原有拉曼特征参量——谱峰面积有效结合来进行拉曼定量分析，得到了良好的效果，能为电力变压器的运行状态的有效评估提供可靠的技术支持。

目录

声明

1 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2拉曼光谱检测技术及其在变压器故障诊断的应用

1.3论文主要研究内容

1.4小结

2 理论仿真及实际检测

2.1 故障特征气体Gaussian仿真分析

2.2拉曼光谱检测平台

2.3变压器油中溶解气体实际检测

2.4小结

3 拉曼光谱数据处理及定量分析研究

3.1光谱数据预处理

3.2拟合效果的对比与评价

3.3基于谱峰参数（谱峰面积）的最小二乘定量分析方法

3.4小结

4峰度的挖掘与应用

4.1描述性统计参量——峰度

4.2基于峰度的定量分析新方法

4.3基于非参数回归模型的定量分析新方法

4.4小结

5总结与展望

5.1总结

5.2展望

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果