CN101059525A - 牵引变压器油中溶解气体的自适应监测方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种牵引变压器油中溶解气体的自适应监测方法及其装置，该方法及其专用装置先由高浓度气体传感器阵列对待测气体进行检测得到一次检测值，若一次检测值大于所设限度阈值，则将一次检测值作为检测结果；否则，控制低浓度气体传感器阵列对相应的待测气体进行二次检测，计算得到的二次检测值并作为检测结果。同时通过判断传感器阵列中各传感器检测值的平均值与均方差的比值是否超过设定值实现传感器阵列是否正常工作的自诊断。该方法的测量精度高，重复性好，使用寿命长，检测成本低。

Description

牵引变压器油中溶解气体的自适应监测方法及其装置

技术领域

本发明涉及电力设备绝缘油中溶解气体的检测技术，特别涉及牵引变压器绝缘油中溶解气体的在线监测方法及其装置。

背景技术

目前大型的变压器都采用油来绝缘和散热，变压器内部发生过热性故障、放电故障或内部绝缘受潮时，油和固体绝缘材料会发生老化变质，裂解产生低分子气体(H₂、CH₄、C₂H₆、C₂H₄、C₂H₂和CO等)，并溶解在变压器油中。同一类性质的故障，其产生气体量随故障的严重程度而异，与绝缘油的种类无关，因此油中溶解的气体和含量在一定程度上反映出变压器绝缘老化或故障的程度，将油中溶解气体作为特征量进行监测和分析可以判断变压器的运行状况。

牵引变压器作为牵引供电系统的重要电气设备，与普通电力变压器相比，运行环境更加恶劣，要承受经常性的过负荷和短路冲击(一般情况下，瞬时短路超过70次/年)，这种冲击产生的“积累效应”将会造成牵引变压器的过热、放电，使绝缘油发生裂解，产生故障气体，并溶解于油中，由此可见牵引变压器油中的低分子气体的产生机理与电力电压器有所不同。研究也表明牵引变压器油中溶解的各种气体之间的浓度差异比电力变压器中的大，特别是CO的浓度较大。

近年来，变压器油中溶解气体在线监测技术在国内外都是研究的热点，监测装置的开发工作非常快，其产品有氢气监测装置(如加拿大电气组件公司的HYDRAN系列监测仪)，可燃性气体总量监测装置(如日本三菱公司研制的TGG监测装置)和多组分气体监测装置(如加拿大电气组件公司的TNU装置)三大类。其中多组分气体监测装置是唯一能够实现故障诊断的在线检测装置。

目前采用半导体传感器检测油中气体的在线检测装置用空气作载气，检测气体时不考虑前一种气体对后一种气体测试的影响，这种方法不适用于牵引变压器的监测：因为牵引变压器油中溶解的各种气体之间的浓度差异比电力变压器中的大，特别是CO的浓度较大，气体分离柱先分离出来较高浓度的气体(如CO)时，由于传感器的恢复时间不够，将会给后分离出来的气体的检测带来偏差。同时，现有的检测装置中通常是以空气作为载气，而空气中含氧量的改变会影响半导体传感器的反应，从而影响测量精度；并且空气含氧量的多少直接影响传感器反应的灵敏性。另外高精度传感器长期暴露于高浓度的可燃气体中，其使用寿命、测量精度和重复性受到很大的影响。

国外对牵引变压器的监测主要采用高精度热导检测器、光声光谱检测等传感技术，但其监测成本过高。

发明内容

本发明的目的就是提供一种牵引变压器油中溶解气体的自适应监测方法，该方法的测量精度高，重复性好，使用寿命长，检测成本低。

本发明实现其发明目的，所采用的技术方案是：一种牵引变压器油中溶解气体的自适应监测方法，包括的步骤有：油气分离及气体定量采集，通过载气将采集到的混合待测气体送气体分离柱先后分离出不同的待测气体，再将分离出的待测气体传送到气体传感器阵列进行浓度检测，浓度检测值由数据处理及检测控制装置进行处理，其特征在于：所述的待测气体传送到气体传感器阵列进行浓度检测，检测到的浓度值由数据处理及检测控制装置进行处理与控制的做法为：

先由高浓度气体传感器阵列对待测气体进行检测得到一次检测值，再由数据处理及检测控制装置对一次检测值进行判定，若一次检测值大于设定的所测气体浓度的限度阈值，则数据处理及检测控制装置将一次检测值作为检测结果；否则，数据处理及检测控制装置控制低浓度气体传感器阵列对相应的待测气体进行二次检测，二次检测值作为检测结果。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明针对牵引变压器油中溶解的各种气体浓度差异大的特点，对不同浓度的气体成分采用不同的检测方法：浓度大于限度阈值的气体成分由高浓度气体传感器阵列检测而不传送到低浓度气体传感器阵列，而浓度小于或等于限度阈值的气体成分则由低浓度气体传感器阵列做进一步检测。从而了保证浓度大于限度阈值的气体不与低浓度气体传感器阵列接触，克服了检测时前一种高浓度气体对后一种低浓度气体的浓度测量影响；而高精度的低浓度气体传感器阵列只在低浓度进行检测，既避免了高浓度气体对高精度低浓度气体传感器阵列的不良影响，延长了半导体传感器的使用寿命，同时也大大提高了检测精度。从而使得检测的稳定性和检测精度均得到了提高。

上述的高浓度气体传感器阵列检测得到的一次检测值和低浓度气体传感器阵列检测得到的二次检测值，按照如下方法计算得到：

计算出高浓度气体传感器阵列中多个传感器同一时间得到的同种气体的检测值的平均值和均方差，或者低浓度气体传感器阵列中多个传感器同一时间检测出的同种气体检测值的平均值和均方差；若均方差与其平均值之比小于设定的失效阈值，则判定有效，其平均值作为高浓度气体传感器阵列的一次检测值或低浓度气体传感器阵列的二次检测值；否则，判定无效，对该种气体的浓度不再进行处理。

通过以上计算，可以对检测值的有效性进行判定，当传感器阵列中的多个气体传感器得出的检测值差异小时，表明各个传感器状态正常，其检测值准确可靠；相反，当多个气体传感器的检测值差异过大时，表明有传感器失效，对检测值不再进行处理，并提示更换传感器阵列。避免了直接将多个传感器检测的平均值作为一次或二次检测值可能带来的误检，从而确保了本发明方法检测出的数据准确、可靠。

本发明的另一目的是提供一种实现上述方法的装置。

本发明提供的一种实现上述方法的装置是：一种实现牵引变压器油中溶解气体的自适应监测方法的装置，其组成是：

气体采集支路的组成为：油气分离装置第一输出口，1号电磁阀，电磁十通阀第一接口、第二接口，1号定量管，电磁十通阀第五接口、第六接口，2号定量管，电磁十通阀第九接口、第十接口，2号电磁阀，油气分离装置第2接口依次相接；

高浓度气体检测支路的组成为：1号定量管，电磁十通阀第五接口、第四接口，1号针阀，1号气阻，1号气相色谱分离柱，高浓度气体传感器阵列依次相接；

低浓度气体检测支路的组成为：2号定量管，电磁十通阀第六接口、第七接口，2号针阀，2号气阻，2号气相色谱分离柱，电磁四通阀第一接口、第三接口，低浓度气体传感器阵列依次相接；

载气支路的组成为：载气瓶，3号电磁阀，减压阀，四通的进气口及第三出气口，3号稳压阀，3号针阀，电磁四通阀第四接口、电磁四通阀第二接口、3号气阻依次相接；

载气支路中的四通的第一出气口通过1号稳压阀与电磁十通阀第三接口相连；该四通的第二出气口则通过2号稳压阀与电磁十通阀第八接口依次相接；

高、低浓度气体传感器阵列的信号输出端与数据处理及检测控制装置的信号输入端相连；1、2、3号电磁阀、电磁十通阀、电磁四通阀的控制端与数据处理及检测控制装置的相应控制端分别相接。

本发明装置的基本工作原理是：先由气体采集支路同时将待测混合气体分别采集在1号定量管和2号定量管中，其后在载气支路吹送的载气推动作用下，1号定量管中的待测混合气体，流入高浓度气体检测支路，经其中的1号气相色谱分离柱分离出某一种待测气体，由高浓度气体传感器阵列进行检测。得到的一次检测值，由数据处理及检测控制装置判定检测值是否大于限度阈值；若是，则数据处理及检测控制装置将一次检测值作为检测结果进行处理；否则，由数据处理及检测控制装置控制电磁四通阀进行状态转换，使2号定量管中的待测混合气体经2号气相色谱分离柱分离出的同一种待测气体得以进入低浓度气体传感器阵列中，对该种待测气体进行二次检测。低浓度气体传感器的二次检测值作为检测结果由数据处理及检测控制装置进行处理。

本发明装置的完整工作过程是：

一、装置使用前校准

1、气体流速的调节

调节1号针阀和2号针阀，使高浓度气体检测支路中的气体流速大于低浓度气体检测支路中的气体流速。

2、校准前电磁阀的控制

数据处理及检测控制装置输出控制信号控制各个电磁阀的状态，即：1、2、3号电磁阀导通；控制电磁四通阀第一接口与第三接口、第二接口与第四接口相通；控制电磁十通阀处于初始状态：即第一接口与第二接口，第三接口与第四接口、第五接口与第六接口，第七接口与第八接口，第九接口与第十接口分别两两相通。

3、标准混合气体的定量注入

断开1号、2号电磁阀与油气分离装置第一、第二接口的连接，从1号、2号电磁阀进口处定量注入由H₂、CO、CH₄、C₂H₄、C₂H₆和C₂H₂组成，且浓度值均低于各自限度阈值的标准混合气体。混合标准气体经电磁十通阀的第一、第二、第十和第九接口扩散到1号、2号定量管中。持续数分钟待气压平衡后，数据处理及检测控制装置控制1、2号电磁阀关闭。

4、零时刻点的选取

数据处理及检测控制装置控制电磁十通阀发生状态转换，使其第一接口与第十接口，第二接口与第三接口，第四接口与第五接口，第六接口与第七接口，第八接口与第九接口分别两两连通；其它电磁阀状态保持不变。同时，数据处理及检测控制装置把电磁十通阀状态发生改变的时刻记录为时间参考零点，并开始计时。

5、标准混合气体分离

在电磁阀的上述状态下，载气瓶中的载气经四通的第一出气口、1号稳压阀，电磁十通阀的第二、三接口，进入1号定量管，推动其中的待测混合气体经电磁十通阀的第五、四接口，流向1号气相色谱分离柱进行气体分离，先后分离出标准混合气体中的H₂、CO、CH₄、C₂H₄、C₂H₆和C₂H₂。

同时，载气瓶中的载气经四通的第二出气口、2号稳压阀，电磁十通阀的第八、九接口，进入2号定量管，推动其中的待测混合气体经电磁十通阀的第六、七接口，流向2号气相色谱分离柱进行气体分离，先后分离出标准混合气体中H₂、CO、CH₄、C₂H₄、C₂H₆和C₂H₂。

由于使高浓度气体检测支路中的气体流速大于低浓度气体检测支路中的气体流速，标准混合气体中的每种成分的待测气体从2号气相色谱分离柱分离出来的时间以及低浓度气体传感器阵列检测到该气体的时间都要滞后于从1号气相色谱分离柱分离出来的时间以及高浓度气体传感器阵列检测到该气体时间。

6、标准混合气体检测时间的记录

高浓度气体传感器阵列检测到某种待测气体X_n，n＝1～6(依次对应于H₂、CO、CH₄、C₂H₄、C₂H₆、C₂H₂)时，数据处理及检测控制装置记录下对应的检测时刻t_Hn＝t_H1、t_H2、t_H3、t_H4、t_H5、t_H6；低浓度气体传感器阵列检测到H₂、CO、CH₄、C₂H₄、C₂H₆和C₂H₂时，数据处理及检测控制装置记录下对应的检测时刻t_Ln＝t_L1、t_L2、t_L3、t_L4、t_L5、t_L6。

7、混合气体检测时间的修正

判断t_L1与t_H1、t_L2与t_H2、t_L3与t_H3、t_L4与t_H4、t_L5与t_H5、t_L6与t_H6差值的大小，若上述差值均在2～5分钟范围内，则装置完成校准和各组分气体检测时间记录，装置可以安装并进行气体检测；否则重新精确调节1号、2号针阀直到满足上述条件为止。修正完毕后1号、2号电磁阀分别与油气分离装置第一、第二接口重新进行连接。

二、气体检测的初始准备

1、电磁阀初始状态的设定

数据处理及检测控制装置输出控制信号控制各个电磁阀的状态，即：1、2、3号电磁阀导通；控制电磁四通阀第一接口与第二接口、第三接口与第四接口相通；控制电磁十通阀处于初始状态：即第一接口与第二接口，第三接口与第四接口、第五接口与第六接口，第七接口与第八接口，第九接口与第十接口分别两两相通。

2、气体定量采集

在电磁阀的上述初始状态下，气体采集支路中的各个电磁阀、电磁十通阀中的相应接口均接通，也即气体采集支路此时成为一个贯通的支路，根据气体扩散原理，油气分离装置中分离出的溶解气体(也即待测混合气体)将流入1、2号定量管中，其浓度将与油气分离装置中的浓度相等，从而完成待测混合气体的采集。

3、高浓度气体传感器阵列的初始化

在电磁阀的上述初始状态下，载气瓶经四通的第一出气口送出的载气经1号稳压阀后，经电磁十通阀第三、四接口进入1号针阀、1号气阻、1号气相色谱分离柱，流向高浓度气体传感器阵列。实现对气体通路的清洗及高浓度气体传感器阵列的初始化。

4、低浓度气体传感器阵列的初始化

在电磁阀的上述初始状态下，由载气瓶中的载气经四通第三出气口、3号稳压阀、3号针阀，电磁四通阀第四、三接口，进入低浓度气体传感器阵列，实现对该部分气体通路的清洗与低浓度气体传感器阵列的初始化。

5、低浓度气体支路的清洗

在电磁阀的上述初始状态下，载气瓶中的载气经四通第二出气口、2号稳压阀、电磁十通阀的第七、八接口，通过低浓度气体检测支路中的2号针阀、2号气阻、2号气相色谱分离柱、电磁四通阀第一、二接口、3号气阻，最后排入到大气中，实现对低浓度气体支路(低浓度气体传感器阵列除外)的清洗。

三、高浓度气体传感器阵列的检测

1、电磁阀的控制

数据处理及检测控制装置控制电磁十通阀发生状态转换，使之处于检测状态：即第一接口与第十接口，第二接口与第三接口，第四接口与第五接口，第六接口与第七接口，第八接口与第九接口分别两两连通；电磁阀及电磁四通阀的状态均与初始状态相同。由于电磁十通阀状态的转换，1、2号定量管与油气分离装置的第一和第二输出口之间断开连接，1、2号定量管中采集到的待测混合气体，不再相互流通。同时，数据处理及检测控制装置把电磁十通阀状态发生改变的时刻记录为时间参考零点，并开始计时。

2、检测

在电磁阀的上述状态下，载气瓶中的载气经四通的第一出气口、1号稳压阀，电磁十通阀的第二、三接口，进入1号定量管，推动其中的待测混合气体经电磁十通阀的第五、四接口，流向1号气相色谱分离柱进行气体分离，先后分离出待测混合气体中的不同种待测气体，送高浓度气体传感器阵列进行浓度检测得到待测气体浓度的一次检测值。

同时，载气还经四通的第二出气口、2号稳压阀，电磁十通阀的第八、九接口，进入2号定量管，推动其中的待测混合气体经电磁十通阀第六、七接口，2号气阻，进入2号气相色谱分离柱，由2号气相色谱分离柱进行气体分离。

另外，载气也经四通的第三出气口、3号稳压阀、3号针阀进入低浓度气体传感器阵列，继续对传感器阵列进行清洗与初始化。

四、限度阈值判定

高浓度气体传感器阵列检测出第n种从1号气相色谱分离柱分离出的待测气体X_n后的一次检测值后，数据处理及检测控制装置进行判定：

若其大于限度阈值，数据采集及检测装置将一次检测值作为检测结果，待测气体X_n的检测过程完成，进行下一种待测气体的检测。否则，放弃一次检测值，由以下的低浓度气体传感器阵列的检测步骤，再次对待测气体X_n进行检测。

五、低浓度气体传感器阵列的检测

1、电磁阀的控制

数据处理及检测控制装置输出控制信号控制电磁四通阀在(t_Ln-10)秒时刻进行状态转换，即第一接口与第三接口、第二接口与第四接口连通。电磁十通阀状态保持不变，即第一接口与第十接口，第二接口与第三接口，第四接口与第五接口，第六接口与第七接口，第八接口与第九接口分别两两连通。

2、检测

在电磁阀的以上状态下，由于电磁四通阀第一接口与第三接口接通，2号气体色相分离柱分离出来的待测气体得以进入低浓度气体传感器阵列；由高精度的低浓度气体传感器阵列对低于限度阈值的待测气体X_n进行二次检测，并由数据处理及检测控制装置将其二次检测值直接作为待测气体X_n的检测结果。

3、电磁四通阀复位

待测气体X_n二次检测完毕后，数据处理及检测控制装置输出控制信号控制电磁四通阀状态复位到初始状态，即磁四通阀第一接口与第二接口、第三接口与第四接口相通。

在电磁阀的以上状态下，高浓度气体传感器阵列仍在对落后于气体X_n从1号气相色谱柱分离出来的待测气体进行检测。若其后某种待测气体高浓度气体传感器阵列检测到的一次检测值不大于限度阈值，则低浓度气体传感器阵列仍需要对它进行上述过程的二次检测。

同时，载气瓶、3号电磁阀、减压阀、四通的进气口及第三出气口、3号稳压阀、3号针阀、电磁四通阀第四接口、电磁四通阀第二接口、3号气阻依次相接构成的载气支路也处于连通状态。载气瓶中的载气流过载气支路对其进行清洗。

通过以上步骤，本发明装置采用双传感器阵列实现了对牵引变压器中的溶解气体浓度自适应切换监测，即对高浓度待测气体自动由高浓度气体传感器阵列进行检测，而低浓度气体传感器阵列则自动由低浓度气体传感器阵列进行检测。

上述的高、低浓度气体传感器阵列(15、16)分别由可检测牵引变压器油中各种溶解气体的多个传感器组成。

这样，由多个气体传感器同时对相同的待测气体进行检测，可得到同一时间的同种待测气体的的多个检测值，再由数据处理及检测控制装置对多个检测值进行比较分析，若差异小于失效阈值，则可认定传感器工作正常，计算出多个传感器检测值的平均值作为一次检测值或二次检测值进行处理；否则，认定某一传感器发生故障，检测无效，并提示更换新的气体传感器阵列。由此，大大提高了本发明装置检测数据的有效性和可靠性。

上述的载气瓶中的载气为氧气和氮气按1∶2～3的重量比组成的混合气。

采用氧气和氮气的混合气体作为载气，克服了空气中含有的二氧化碳、一氧化碳等气体对气体传感器阵列性能的影响，提高了气体传感器阵列对待测气体的反应灵敏性；同时由于载气含氧量的稳定，减小了含氧量变化造成的对气体传感器阵列灵敏度的影响，进一步提高了测量精度。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1是本发明实施例的装置在初始准备状态时的连接关系示意图。

图2是本发明实施例的装置在高浓度气体传感器阵列检测时的气路连接关系示意图。

图3是本发明实施例的装置在低浓度气体传感器阵列检测时的气路连接关系示意图。

具体实施方式

实施例

图1～3示出，本发明的牵引变压器油中溶解气体的自适应监测方法的装置的一种具体结构为：

气体采集支路的组成为：油气分离装置1第一输出口G₁，1号电磁阀2，电磁十通阀6第一接口J₁、第二接口J₂，1号定量管4，电磁十通阀6第五接口J₅、第六接口J₆，2号定量管5，电磁十通阀6第九接口J₉、第十接口J₁₀，2号电磁阀3，油气分离装置1第二输出口G₂依次相接。

高浓度气体检测支路的组成为：1号定量管4，电磁十通阀6第五接口J₅、第四接口J₄，1号针阀7，1号气阻9，1号气相色谱分离柱11，高浓度气体传感器阵列15依次相接。

低浓度气体检测支路的组成为：2号定量管5，电磁十通阀6第六接口J₆、第七接口J₇，2号针阀8，2号气阻10，2号气相色谱分离柱12，电磁四通阀14第一接口C₁、第三接口C₃，低浓度气体传感器阵列16依次相接。

载气支路的组成为：载气瓶21、3号电磁阀22、减压阀23、四通24的进气口IN及第三出气口O₃、3号稳压阀27、3号针阀28、电磁四通阀14第四接口C₄、电磁四通阀14第二接口C₂、3号气阻13依次相接。

载气支路中的四通24的第一出气口O₁通过1号稳压阀25与电磁十通阀6第三接口J₃相连；该四通24的第二出气口O₂则通过2号稳压阀26与电磁十通阀6第八接口J₈依次相接。

高、低浓度气体传感器阵列15、16的信号输出端与数据处理及检测控制装置的信号输入端相连；1、2、3号电磁阀2、3、22、电磁十通阀6、电磁四通阀14的控制端与数据处理及检测控制装置的相应控制端相接。

高、低浓度气体传感器阵列15、16分别由可检测牵引变压器油中各种溶解气体的三个传感器组成。

载气瓶21中的载气为氧气和氮气按1∶2～3的重量比组成的混合气体。

采用以上的气路和电路结构即构成实现本发明方法的一种专用装置，其具体工作过程为：

首先进行使用前的校准，然后待测混合气体从1、2号气相色谱分离柱11、12中分离出来，其分离顺序依次为：H₂、CO、CH₄、C₂H₄、C₂H₆和C₂H₂。本发明装置对待测混合气体的待测气体的检测顺序也依次为：H₂、CO、CH₄、C₂H₄、C₂H₆和C₂H₂。以电磁十通阀状态转变时刻为计时起点，低浓度气体传感器阵列检测到H₂、CO、CH₄、C₂H₄、C₂H₆和C₂H₂的时刻分别为t_L1、t_L2、t_L3、t_L4、t_L5和t_L6。下面以H₂的具体检测为例说明本发明的方法的步骤及其装置的具体工作过程：

一、气体检测的初始准备

1、电磁阀初始状态的设定

数据处理及检测控制装置输出控制信号控制各个电磁阀的状态，即：1、2、3号电磁阀2、3、22导通；控制电磁四通阀14第一接口C₁与第二接口C₂、第三接口C₃与第四接口C₄相通；控制电磁十通阀6处于初始状态：即第一接口J₁与第二接口J₂，第三接口J₃与第四接口J₄、第五接口J₅与第六接口J₆，第七接口J₇与第八接口J₈，第九接口J₉与第十接口J₁₀分别两两相通。

2、气体定量采集

在电磁阀的上述初始状态下，气体采集支路中的各个电磁阀、电磁十通阀6中的相应接口均接通，也即气体采集支路此时成为一个贯通的支路，根据气体扩散原理，油气分离装置1中分离出的溶解气体(也即待测混合气体)将流入1、2号定量管4、5中，其浓度将与油气分离装置1中的浓度相等，从而完成待测混合气体的采集。

3、高浓度气体传感器阵列的初始化

在电磁阀的上述初始状态下，载气瓶21经四通24的第一出气口O₁送出的载气经1号稳压阀25后，经电磁十通阀6第三、四接口J₃、J₄进入1号针阀7、1号气阻9、1号气相色谱分离柱11，灌向高浓度气体传感器阵列15。实现对气体通路的清洗及高浓度气体传感器阵列的初始化。

4、低浓度气体传感器阵列的初始化

在电磁阀的上述初始状态下，由载气瓶21中的载气经四通24第三出气口O₃、3号稳压阀27、3号针阀28，电磁四通阀6第四、三接口J₄、J₃，进入低浓度气体传感器阵列16，实现对该部分气体通路的清洗与低浓度气体传感器阵列的初始化。

5、低浓度气体支路的清洗

在电磁阀的上述初始状态下，载气瓶21中的载气经四通24第二出气口O₂、2号稳压阀26、电磁十通阀6的第七、八接口J₇、J₈，通过低浓度气体检测支路19中的2号针阀8、2号气阻10、2号气相色谱分离柱12、电磁四通阀14第一、二接口C₁、C₂、3号气阻13，最后排入到大气中，实现对低浓度气体支路(低浓度气体传感器阵列除外)的清洗。

二、高浓度气体传感器阵列的检测

1、电磁阀的控制

数据处理及检测控制装置控制电磁十通阀6发生状态转换，使之处于检测状态：即第一接口J₁与第十接口J₁₀，第二接口J₂与第三接口J₃、第四接口J₄与第五接口J₅，第六接口J₆与第七接口J₇，第八接口J₈与第九接口J₉分别两两连通；电磁阀及电磁四通阀14的状态均与初始状态相同。由于电磁十通阀6状态的转换，1、2号定量管4、5与油气分离装置1的第一输出口G₁和第二输出口G₂之间断开连接，1、2号定量管4、5中采集到的待测混合气体，不再相互流通。同时，数据处理及检测控制装置把电磁十通阀状态发生改变的时刻记录为时间参考零点，并开始计时。

2、检测

在电磁阀的上述状态下，载气瓶21中的载气经四通24的第一出气口O₁、1号稳压阀25，电磁十通阀6的第二、三接口J₂、J₃，进入1号定量管4，推动其中的待测混合气体经电磁十通阀6的第五、四接口J₅、J₄，流向1号气相色谱分离柱11进行气体分离，首先分离出待测混合气体中的待测气体H₂，送高浓度气体传感器阵列15进行浓度检测，计算出高浓度气体传感器阵列15中多个传感器的检测值的平均值和均方差，若均方差与其平均值之比小于设定的失效阈值，则判定有效，其平均值作为一次检测值进行以下的后续处理；否则，判定无效，并提示高浓度气体传感器阵列15的传感器发生故障，需要更换。

同时，载气还经四通24的第二出气口O₂、2号稳压阀26，电磁十通阀6的第八、九接口J₈、J₉，进入2号定量管5，推动其中的待测混合气体经电磁十通阀6第六、七接口J₆、J₇、2号气阻10，进入2号气相色谱分离柱12，由2号气相色谱分离柱12进行气体分离。该载气流动过程实现对其流经的所有气路元件进行清洗；2号气相色谱分离柱12分离出的气体则经电磁十通阀6的第一、第二接口J₁、J₂、3号气阻13流入大气。

另外，载气也经四通24的第三出气口O₃、3号稳压阀27、3号针阀28进入低浓度气体传感器阵列16，继续对传感器阵列进行清洗与初始化。

三、限度阈值判定

数据处理及检测控制装置对高浓度气体传感器阵列15检测出的H₂的一次检测值，进行判定：

若其大于限度阈值，数据采集及检测装置将H₂的一次检测值作为H₂的检测结果，H₂的检测过程完成，进行下一种待测气体的检测。否则，放弃该一次检测值，由以下的低浓度气体传感器阵列的检测步骤，对该种待测气体进行检测。

四、低浓度气体传感器阵列的检测

1、电磁阀的控制

数据处理及检测控制装置输出控制信号控制电磁四通阀14在(t_Ln-10)秒时刻进行状态转换，即第一接口J₁与第三接口J₃、第二接口J₂与第四接口J₄连通。电磁十通阀6与高浓度气体传感器阵列检测步骤的状态不变。其中，电磁四通阀的提前时间量，进行根据装置的构成变化可以调整，不一定为10秒。

2、检测

在电磁阀的以上状态下，由于电磁四通阀14第一接口J₁与第三接口J₃接通，2号气体色相分离柱12分离出来的待测气体H₂得以进入低浓度气体传感器阵列16；由高精度但浓度量程低的低浓度气体传感器阵列16对低于限度阈值的待测气体H₂进行二次检测，计算出低浓度气体传感器阵列16中的多个传感器的检测值的平均值和均方差，若均方差与其平均值之比小于设定的失效阈值，则判定有效，其平均值作为二次检测值；并由数据处理及检测控制装置将H₂的二次检测值直接作为H₂的检测结果；否则，判定无效提示低浓度气体传感器阵列16的传感器发生故障，需要更换。

3、电磁四通阀复位

H₂二次检测完毕后，数据处理及检测控制装置输出控制信号控制电磁四通阀14状态复位到初始状态，即电磁四通阀14第一接口C₁与第二接口C₂、第三接口C₃与第四接口C₄相通。

在电磁阀的以上状态下，高浓度气体传感器阵列15仍在对落后于H₂从1号气相色谱柱分离出来的待测气体CO、CH₄、C₂H₄、C₂H₆和C₂H₂进行检测。若其后某种待测气体高浓度气体传感器阵列15检测到的一次检测值不大于限度阈值，则低浓度气体传感器阵列16仍需要对它进行上述过程的二次检测。

在电磁阀的以上状态下，四通24的第一出气口O₁到高浓度气体传感器阵列15的连通状态与低浓度气体传感器阵列16时一样，也即高浓度气体传感器阵列15仍在对待测气体进行检测，但数据处理及检测控制装置的控制下，其检测值并不送往数据处理及检测控制装置。

同时，载气瓶21、3号电磁阀22、减压阀23、四通24的进气口IN及第三出气口O₃、3号稳压阀27、3号针阀28、电磁四通阀6第四接口J₄、电磁四通阀6第二接口J₂、3号气阻13依次相接构成的载气支路20也处于连通状态。载气瓶21中的载气流过载气支路20对其进行清洗。

H₂的以上检测步骤可以简单描述为：首先分离出的H₂先被检测，高浓度气体传感器阵列15先对H₂进行检测，并通过数据及检测控制装置进行计算得到H₂的一次检测值，首先对一次检测值进行判断，如果H₂的一次检测值大于限度阈值，则将其作为H₂浓度的检测结果；在此情况下，此后2号气相色谱分离柱12分离出的H₂不进行检测，通过电磁四通阀14的第二接口C₂，和3号气阻13直接流入大气。相反如果H₂的一次检测值小于或等于限度阈值，则H₂的一次检测值舍弃不用，由数据及检测控制装置在(t_Ln-10)秒时刻控制电磁阀四通阀14的状态，使整个装置进入低浓度气体传感器阵列16检测的状态，即2号定量管5中的待测混合气体在载气的推动作用下流经2号气相色谱分离柱12分离出的H₂，经电磁四通阀14第一、第三接口C₁、C₃流向高精度但浓度量程低的低浓度气体传感器阵列16，由其对H₂进行二次检测，数据及检测控制装置进行计算得到H₂的二次检测值直接作为检测结果进行处理。

H₂检测完毕后，整个装置回到检测高浓度气体传感器阵列进行检测的状态，对后续分离出来的CH₄、CO、C₂H₆、C₂H₂和C₂H₄进行检测，检测的方法与步骤和H₂相同，只是在第一种气体检测后继气体检测时，不再需要初始准备的步骤。在牵引变压器油中的各种待测气体检测完毕后，本发明装置回到初始状态，等待下一次检测。

本发明方法中及装置中针对某种待测气体所设定的限度阈值可以定义为：用低浓度气体传感器阵列16检测该种气体时所允许最大浓度值的4/5。

本发明装置的高、低浓度气体传感器阵列15、16可以选用由多个SnO₂广谱气敏传感器组成。该传感器可检测六种待测气体即牵引变压器中的各种溶解气体。气体传感阵列中的气体传感器的个数一般为2-5个，以3个较佳。

本发明装置中的数据处理及检测控制装置可以由现有的各种数据处理及检测控制装置，如由多路模拟转换开关、A/D转换器、单片机、存储器、继电器，光电隔离器等构成的数据处理及检测控制装置。

Claims (5)

1、一种牵引变压器油中溶解气体的自适应监测方法，包括的步骤有：油气分离及气体定量采集，通过载气将采集到的混合待测气体送气体分离柱先后分离出不同的待测气体，再将分离出的待测气体传送到气体传感器阵列进行浓度检测，浓度检测值由数据处理及检测控制装置进行处理，其特征在于：所述的待测气体传送到气体传感器阵列进行浓度检测，检测到的浓度值由数据处理及检测控制装置进行处理与控制的做法为：

先由高浓度气体传感器阵列对待测气体进行检测得到一次检测值，再由数据处理及检测控制装置对一次检测值进行判定，若一次检测值大于设定的所测气体浓度的限度阈值，则数据处理及检测控制装置将一次检测值作为检测结果；否则，数据处理及检测控制装置控制低浓度气体传感器阵列对相应的待测气体进行二次检测，二次检测值作为检测结果。

2、根据权利要求1所述的牵引变压器油中溶解气体的自适应监测方法，其特征是：所述的高浓度气体传感器阵列检测得到的一次检测值和低浓度气体传感器阵列检测得到的二次检测值，按照如下方法进行计算得到：

计算出高浓度气体传感器阵列中多个传感器得到的同种气体的检测值的平均值和均方差，或者低浓度气体传感器阵列中多个传感器检测出的检测值的平均值和均方差；若均方差与其平均值之比小于设定的失效阈值，则判定有效，其平均值作为高浓度气体传感器阵列的一次检测值或低浓度气体传感器阵列的二次检测值；否则，判定无效，对该种气体的浓度不进行处理。

3、一种实现权利要求1所述的牵引变压器油中溶解气体的自适应监测方法的装置，其组成是：

气体采集支路的组成为：油气分离装置(1)第一输出口(G₁)，1号电磁阀(2)，电磁十通阀(6)第一接口(J₁)、第二接口(J₂)，1号定量管(4)，电磁十通阀(6)第五接口(J₅)、第六接口(J₆)，2号定量管(5)，电磁十通阀(6)第九接口(J₉)、第十接口(J₁₀)，2号电磁阀(3)，油气分离装置(1)第二输出口(G₂)依次相接；

高浓度气体检测支路的组成为：1号定量管(4)，电磁十通阀(6)第五接口(J₅)、第四接口(J₄)，1号针阀(7)，1号气阻(9)，1号气相色谱分离柱(11)，高浓度气体传感器阵列(15)依次相接；

低浓度气体检测支路的组成为：2号定量管(5)，电磁十通阀(6)第六接口(J₆)、第七接口(J₇)，2号针阀(8)，2号气阻(10)，2号气相色谱分离柱(12)，电磁四通阀(14)第一接口(C₁)、第三接口(C₃)，低浓度气体传感器阵列(16)依次相接；

载气支路的组成为：载气瓶(21)、3号电磁阀(22)、减压阀(23)、四通(24)的进气口(IN)及第三出气口(O₃)、3号稳压阀(27)、3号针阀(28)、电磁四通阀(14)第四接口(C₄)、电磁四通阀(14)第二接口(C₂)、3号气阻(13)依次相接；

载气支路中的四通(24)的第一出气口(O₁)通过1号稳压阀(25)与电磁十通阀(6)第三接口(J₃)相连；该四通(24)的第二出气口(O₂)则通过2号稳压阀(26)与电磁十通阀(6)第八接口(J₈)依次相接；

高、低浓度气体传感器阵列(15、16)的信号输出端与数据处理及检测控制装置的信号输入端相连；1、2、3号电磁阀(2、3、22)、电磁十通阀(6)、电磁四通阀(14)的控制端与数据处理及检测控制装置的相应控制端相接。

4、根据权利要求3所述的牵引变压器油中溶解气体的自适应监测方法的装置，其特征在于：所述的高、低浓度气体传感器阵列(15、16)分别由可检测牵引变压器油中各种溶解气体的多个传感器组成。

5、根据权利要求3所述的牵引变压器油中溶解气体的自适应监测方法的装置，其特征在于：所述的载气瓶(21)中的载气为氧气和氮气按1∶2～3的重量比组成的混合气。

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