Page 27 - 电力与能源2023年第五期

唐家萍，等：基于紫外荧光法的电气设备渗漏油在线监测系统研究 449

1.2 荧光反射法检测绝缘油
2 紫外荧光检测单元的设计
荧光反射法是一种利用分子物质的特定发射
和吸收荧光来检测分析化合物的技术。强荧光有 紫外荧光检测单元分为两个模块。模块 1 是
机物质的结构特点是分子具有刚性平面结构，具 传感器部分，其主要功能是传感器部分的电路控
有大的离域 π 键。π 电子相对于饱和烃稳定的 σ 电 制，包括激发光源与光电检测器模块的电路控制，
子，更容易被激发射出荧光。苯就具有这种结构 以及对光电转换后的电信号进行的电路处理，为

特点，因此在绝缘油的成分中，除了饱和烃（烷烃 了避免其他荧光信号的背景干扰，可以选择适当
和环烷烃）不发荧光外，其他成分均有发光现象， 的激发波长和荧光发射波长，以使渗漏油部位的
尤其以多环芳烃和非烃发光强度最大，而通常手 荧光信号与其他信号的区别更加明显。模块 2 是
段加工的环烷基绝缘油中的芳香烃含量一般为 主控部分，其主要功能是在检测到设备渗漏油、渗
8%～9%。 各种芳烃化合物有其特定的荧光光 漏油面积变大、流速变快时的各个功能的实现，如

谱，主要取决于每个单体化合物的含量。低环数 声光报警、现场画面获取、图像上传，以及短信通
芳香烃强度越大，荧光光谱的主波长越长。目前 知运维人员等。
国内外试验研究表明，矿物油的激发波长一般都 2.1 激发光源的选择
在紫外光区，波长范围在 240～400 nm 。 常用的荧光光源有激光器、汞灯、脉冲氙灯
［2］
1.3 绝缘油的监测装置设计 等。由于变电站内电气设备多、布局广，且搬运的
相关资料表明，紫外荧光技术广泛应用于海 话会遇到台阶和挡板等，因此需要选择一款轻盈、
上油膜监测，在电气设备领域也有若干应用研究。 功耗低、强度高的设备。脉冲氙灯具有短脉冲、高

本文设计了一款针对变电站充油设备的渗漏油监 峰值功率和高稳定性的特点，而激光灯则具有单
测装置。荧光检测系统的搭建主要包括光路系统 色性好、光斑质量高和波长可调谐的特点。脉冲
的设计和控制电路的设计。光路系统的设计主要 氙灯不仅符合相关要求，而且能够产生强烈的连
包括激发光源的选择、光电检测器的选择以及滤 续辐射，波长范围为 190～2 000 nm，能够覆盖绝
光片的选择等；控制电路的设计主要包括对发光 缘油激发波长，因此本研究选择实用性更强的脉

设备与光电检测器的控制、与下一模块的通信连 冲氙灯作为激发光源。
接的设计等等。选择适当的 STM32 微控制器芯 在采用脉冲氙灯作为光源发出紫外荧光来检
片，根据硬件电路设计和紫外荧光法检测原理，编 测变压器渗漏油时，需要注意以下几个方面的问
写相应的控制程序。该程序主要包含高速 ADC 题：① 脉冲氙灯的光强在黄色连续波段必须非常
采集、数据处理、网络通信、实时监测、故障诊断等 的低，否则就会造成干扰，影响检测结果；② 当使
模块。将硬件电路和程序进行组合，进行调试和 用脉冲氙灯时，需要保持安全的使用距离，并严格
验证。在调试过程中需要进行各种功能的测试， 遵循使用说明操作；③ 对于设备的特殊角度，需

例如荧光信号测量、通信功能等。在保证系统稳 要进行合适的调整以实现最佳信号质量。
定性的基础上，进行上架网络调试和一些流量控 2.2 受光单元的选择
制的参数优化等工作。另外在通信模块中使用 为了检测荧光光能信号并将其放大、转化成
WiFi、蓝牙或者 LTE 模块实现传输数据到远程监 电 信 号 从 而 进 行 定 量 分 析 ，可 以 选 择 PMT 和
控终端，并在云端进行数据保存和处理，以便用户 CCD。该组件的性能通常通过数字化分辨率来

随时可以通过互联网查看变压器渗漏油的状态和 表示，它是用来描述在同样信号强度条件下区分
变化趋势，实现远程监控和预警功能。根据变电 两个不同信号的能力，即人们常说的比特（bit），现
站设备多、设备不停电时的安全距离、室内和室外 多为 8-bit、12-bit 和 16-bit（分别对应为 256 灰阶、
变电站的布局条件对各元件进行选择设计。 4 096 灰阶和 65 536 灰阶）。同时为了提高信号噪