CN101539551B - 变压器油色谱检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

一种变压器监控技术领域的变压器油色谱检测系统及检测方法，包括：监测模块、检测模块、控制模块、采集转换模块、数据管理模块和数据分析模块，其中：监测模块与检测模块相连接，控制模块分别与检测模块、检测模块和采集转换模块相连接，采集转换模块与检测模块相连接，检测模块依次连接采集转换模块和数据管理模块，数据管理模块与数据分析模块相连接，用户对数据分析模块进行操作控制。本发明针对工程抢险用车，采用自制气源、自动控制功能定量进油、高效真空脱气以及进油、脱气和检测一体化的技术，不但缩小了体积、节省了资源，还缩短了检测分析周期。可灵活固定在车上，适用于现场作业及时发现电力变压器潜伏性故障并有效的跟踪。

Description

变压器油色谱检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及的是一种变压器技术领域的检测装置及方法，具体是一种变压器油色谱检测系统及检测方法。

背景技术

目前，在供电系统中，对变压器油进行有效监测、分析的系统得到了广泛的应用。监测系统从分析方式上划分，有离线系统和在线系统，其中的离线系统普遍采用一种测量方法，精度高。然而离线分析的脱气、测量操作复杂，非专业人员难以完成；同时受离线测量周期的限制，很难及时捕捉变压器运行中的故障；在线系统的自动化程度相比较高，能实时对运行中的变压器进行油色谱监测分析。但其固定安装在变压器现场的方式决定了在线系统只适用于对某一台指定变压器的监测，无法移动。

经过对现有技术的检索发现，中国专利申请号200610016641.1，公开号CN1945315A，记载了一种“便携式气相色谱仪”，该技术通过将多路传感器的输出端子与模拟信号采集模块的信号预处理电路相连，并通过模数转换。A/D的数字输出端子与数字控制模块的采集输入端口相连，氢焰信号采集模块输出端子直接与上位机工作站连接，同时又与数字信号控制模块采集输入端口相连，数字信号控制模块通过输出端口与液晶显示电路相连，数字信号控制模块的另外输出端口与断电保护装置相连，功能键盘也与数字信号控制模块的控制输入端口相连。但是气源的供应及携带不便，技术采用不完全脱气方式，使得仪器寿命短，效率低、时间长，易受外界温度、湿度、压力、浓度等因素的干扰，使测量值精度不高。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种变压器油色谱检测系统及检测方法，针对工程抢险用车，采用自制气源、自动控制功能定量进油、高效真空脱气以及进油、脱气和检测一体化的技术，不但缩小了体积、节省了资源，还缩短了检测分析周期。可灵活固定在车上，适用于现场作业及时发现电力变压器潜伏性故障并有效的跟踪。

本发明通过以下技术方案实现：

本发明涉及变压器油色谱检测系统包括：检测层、采集层和管理分析层，所述检测层包括监测模块和检测模块，所述采集层包括控制模块和采集转换模块，所述管理分析层包括数据管理模块和数据分析模块，其中：监测模块的油气输出端、气源输出端和载气输出端分别与检测模块的油气输入端、气源输入端和载气输入端相连接，控制模块的控制输出端分别与检测模块的控制输入端、检测模块的控制输入端和采集转换模块的控制输入端相连接，采集转换模块的采集命令输出端与检测模块的控制输入端相连接，检测模块的数据输出端依次连接采集转换模块和数据管理模块，数据管理模块的数据输出端与数据分析模块的数据输入端相连接，用户对数据分析模块进行操作控制。

所述的气源输入端包括氢气输入端和空气输入端，所述的气源输出端包括氢气输出端和空气输出端。

所述的监测模块包括：气体发生单元、定量进油单元、油气分离单元和载气单元，其中：定量进油单元接收待测油样并输出至油气分离单元，油气分离单元、气体发生单元和载气单元分别输出待测气体、定标气体和载气至检测模块的油气输入端、气源输入端和载气输入端。

所述的气体发生单元包括氢气发生器和空气发生器，其中：氢气发生器的氢气输出端和空气发生器的空气输出端作为监测模块的气源输出端与检测模块的气源输入端相连接。

所述的载气单元中充有保护氮气。

所述的检测模块包括：恒温单元、气体转化单元和氢焰检测单元，所述恒温单元包括双柱分离器和热导检测器，其中：恒温单元的双柱分离输入端分别与监测模块的油气输出端和载气输出端相连接，恒温单元的热导检测输入端分别与双柱分离器的输出端和监测模块的载气输出端相连接，恒温单元的双柱分离输出端和热导监测输出端分别连接至氢焰检测单元的输入端和气体转化单元的输入端，氢焰检测单元的输入端和气体转化单元的输入端另外分别与监测模块的气源输出端相连接，气体转化单元的数据输出端连接至氢焰检测单元的数据输入端。

所述的氢焰检测单元为双氢焰检测器，利用氢火焰作电离源，使被测气体组份电离并检测所产生微电流模拟信号并输出至控制模块的数据输入端。

所述的热导检测单元为浓度型检测器，利用被测组份中的氢气浓度和载气热导系数不同而响应产生模拟信号并输出至控制模块的数据输入端。

所述的气体转化单元包括：转化器和燃烧器，其中：转化器的输入端与监测模块的气源输出端和恒温单元的双柱分离输出端相连接，转化器的输出端与燃烧器的输入端相连接并输出甲烷气体，燃烧器另外与氢焰检测单元的数据输入端相连接以传输气体转化信号。

所述的转化器为镍转化炉，将一氧化碳气体和二氧化碳气体转为甲烷气体。

所述的采集转换模块包括：数据采集单元和数据转换单元，其中：数据转换单元的数据输入端与数据采集单元的数据输出端相连接，数据转换单元的数据输出端与管理分析层的数据输入端连接。

所述的数据转换单元为A/D转换器，将模拟数据进行量化编码。

所述的数据管理模块的数据输入端采集转换模块相连接收数字信号并归类入库，数据管理模块的数据输出端与数据分析模块的数据输入端相连接以传输数字浓度信号，数据分析模块根据不同的算法对数据进行分析并得出详细的分析结论输出到用户界面。

本发明涉及变压器油色谱检测系统的检测方法，包括以下步骤：

第一步、控制模块向恒温单元、气体转化单元、氢焰检测单元和热导检测单元发送数据传输请求，并将恒温单元、气体转化单元、氢焰检测单元和热导检测单元分别输出的变压器油气的响应电压值、实时状态信息和运行状态信息分别输出至采集转换模块。

所述的实时状态信息是指：恒温单元的柱炉温度信息、氢焰检测单元的氢焰温度信息、气体转化单元的镍炉温度信息、油气分离单元的油报警值信息、气体发生单元的氢气压力信息、气体发生单元的空气压力信息、监测模块的氮气压力信息和油气分离单元的脱气体积信息。

所述的运行状态信息是指：监测模块的待机状态信息、油气分离单元的脱气状态信息、检测模块的标气采样信息、检测模块的油样采样信息和氢焰检测单元的点火状态信息。

所述的变压器油气的响应电压值是指：油气分离单元的中的氢气、甲烷气体、乙烯气体、乙烷气体、乙炔气体、一氧化碳气体和二氧化碳气体，检测器对每一种气体响应的电压值。

第二步、采集转换模块将变压器油气的响应电压值、实时状态信息和运行状态数据进行模数转化后输出至数据管理模块，数据管理模块对变压器油气的响应电压值通过电压值转浓度值算法转化为变压器油气的浓度值并进行存储，然后数据管理模块根据数据传输协议，将变压器油气的浓度值、响应电压值的数字信号、实时状态信息的数字信号和运行状态数据的数字信号传输至数据分析模块。

第三步、数据分析模块分别采用抓峰算法、三比值法和TD算法对数据进行分析并得出分析结论，然后将分析结论以谱图、数据表、气体浓度超注意值表、TD图以及三比值结果表展现给用户。

所述的抓峰算法是指：在谱图中油气分离单元的中的氢气气体、甲烷气体、乙烯气体、乙烷气体、乙炔气体、一氧化碳气体、二氧化碳气体以峰的形式显示，各气体的峰顶值与起峰值的差，根据预先设置的标准曲线折算出峰高值及峰顶坐标位置。

所述的三比值法是指：选用氢气气体、甲烷气体、乙烷气体、乙烯气体和乙炔气体的浓度值构成三对比值，即：乙炔气体浓度值∶乙烷气体浓度值、甲烷气体浓度值∶氢气气体浓度值、乙烯气体浓度值∶乙烷气体浓度值。在相同的情况下把这些比值以不同的编码表示，根据测试结果把三对比值换算成对应的编码组，然后查表对应得出故障类型和故障的大体部位的方法。

所述的TD图是指：选用氢气、甲烷气体、乙烯气体和乙炔气体的浓度值构成二对比值，即甲烷气体浓度值∶氢气气体浓度值，乙炔气体浓度值∶乙烯气体浓度值，在相同的情况下把这些比值在坐标图中以不同区域表示，根据测试结果把二对比值显示在TD图，最终获得故障的具体位置。

本发明涉及的系统及其检测方法可以实现对变压器运行现场油中各种数据的自动收集和协议转换，以及对数据进行解析和存储，为科学的组织、指挥、决策、监督生产过程，提供信息平台。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例包括：包括：检测层、采集层和管理分析层，所述检测层包括监测模块和检测模块，所述采集层包括控制模块和采集转换模块，所述管理分析层包括数据管理模块和数据分析模块，其中：监测模块的油气输出端、气源输出端和载气输出端分别与检测模块的油气输入端、气源输入端和载气输入端相连接，控制模块的控制输出端分别与检测模块的控制输入端、检测模块的控制输入端和采集转换模块的控制输入端相连接，采集转换模块的采集命令输出端与检测模块的控制输入端相连接，检测模块的数据输出端依次连接采集转换模块和数据管理模块，数据管理模块的数据输出端与数据分析模块的数据输入端相连接，用户对数据分析模块进行操作控制。

所述的气源输入端包括氢气输入端和空气输入端，所述的气源输出端包括氢气输出端和空气输出端。

所述的监测模块包括：气体发生单元、定量进油单元、油气分离单元和载气单元，其中：定量进油单元接收待测油样并输出至油气分离单元，油气分离单元、气体发生单元和载气单元分别输出待测气体、定标气体和载气至检测模块的油气输入端、气源输入端和载气输入端。

所述的气体发生单元包括氢气发生器和空气发生器，其中：氢气发生器的氢气输出端和空气发生器的空气输出端作为监测模块的气源输出端与检测模块的气源输入端相连接。

所述的载气单元中充有保护氮气。

所述的检测模块包括：恒温单元、气体转化单元和氢焰检测单元，所述恒温单元包括双柱分离器和热导检测器，其中：恒温单元的双柱分离输入端分别与监测模块的油气输出端和载气输出端相连接，恒温单元的热导检测输入端分别与双柱分离器的输出端和监测模块的载气输出端相连接，恒温单元的双柱分离输出端和热导监测输出端分别连接至氢焰检测单元的输入端和气体转化单元的输入端，氢焰检测单元的输入端和气体转化单元的输入端另外分别与监测模块的气源输出端相连接，气体转化单元的数据输出端连接至氢焰检测单元的数据输入端。

所述的氢焰检测单元为双氢焰检测器，利用氢火焰作电离源，使被测气体组份电离并检测所产生微电流模拟信号并输出至控制模块的数据输入端。

所述的热导检测单元为浓度型检测器，利用被测组份中的氢气浓度和载气热导系数不同而响应产生模拟信号并输出至控制模块的数据输入端。

所述的气体转化单元包括：转化器和燃烧器，其中：转化器的输入端与监测模块的气源输出端和恒温单元的双柱分离输出端相连接，转化器的输出端与燃烧器的输入端相连接并输出甲烷气体，燃烧器另外与氢焰检测单元的数据输入端相连接以传输气体转化信号。

所述的转化器为镍转化炉，将一氧化碳气体和二氧化碳气体转为甲烷气体。

所述的采集转换模块包括：数据采集单元和数据转换单元，其中：数据转换单元的数据输入端与数据采集单元的数据输出端相连接，数据转换单元的数据输出端与管理分析层的数据输入端连接。

所述的数据转换单元为A/D转换器，将模拟数据进行量化编码。

所述的数据管理模块的数据输入端采集转换模块相连接收数字信号并归类入库，数据管理模块的数据输出端与数据分析模块的数据输入端相连接以传输数字浓度信号，数据分析模块根据不同的算法对数据进行分析并得出详细的分析结论输出到用户界面。

如图2所示，本实施例所述的检测系统通过以下步骤进行检测：

在本实施例中，采用定量进油单元从变压器中提取出的定量油，注入油气分离单元进行分离，分离后的油经定量进油单元排出监测模块，而分离出的气体输入到双柱分离器。

第一步、控制模块向恒温单元、气体转化单元、氢焰检测单元和热导检测单元发送数据传输请求，并将恒温单元、气体转化单元、氢焰检测单元和热导检测单元分别输出的变压器油气的响应电压值、实时状态信息和运行状态信息分别输出至采集转换模块。

所述的实时状态信息是指：恒温单元的柱炉温度信息、氢焰检测单元的氢焰温度信息、气体转化单元的镍炉温度信息、油气分离单元的油报警值信息、气体发生单元的氢气压力信息、气体发生单元的空气压力信息、监测模块的氮气压力信息和油气分离单元的脱气体积信息。

所述的运行状态信息是指：监测模块的待机状态信息、油气分离单元的脱气状态信息、检测模块的标气采样信息、检测模块的油样采样信息和氢焰检测单元的点火状态信息。

所述的变压器油气的响应电压值是指：油气分离单元的中的氢气、甲烷气体、乙烯气体、乙烷气体、乙炔气体、一氧化碳气体和二氧化碳气体，检测器对每一种气体响应的电压值。

第二步、采集转换模块将变压器油气的响应电压值、实时状态信息和运行状态数据进行模数转化后输出至数据管理模块，数据管理模块对变压器油气的响应电压值通过电压值转浓度值算法转化为变压器油气的浓度值并进行存储，然后数据管理模块根据数据传输协议，将变压器油气的浓度值、响应电压值的数字信号、实时状态信息的数字信号和运行状态数据的数字信号传输至数据分析模块。

第三步、数据分析模块分别采用抓峰算法、三比值法和TD算法对数据进行分析并得出分析结论，然后将分析结论以谱图、数据表、气体浓度超注意值表、TD图以及三比值结果表展现给用户。

所述的抓峰算法是指：在谱图中将油气分离单元中的氢气、甲烷气体、乙烯气体、乙烷气体、乙炔气体、一氧化碳气体和二氧化碳气体以峰的形式显示，各气体的峰顶值与起峰值的差，根据预先设置的标准曲线折算出峰高值及峰顶坐标位置。

在本实施例中所述的预先设置的标准曲线具体是指：各种气体每1mv值对应的标准浓度值，相应折算出峰高值及峰顶坐标位置分别为浓度值和峰顶在平面坐标系内的位置，该平面坐标系中的X轴代表时间，Y轴代表响应电压值的坐标系。

所述的三比值法是指：选用氢气、甲烷气体、乙烷气体、乙烯气体和乙炔气体的浓度值构成三对比值，即乙炔气体浓度值∶乙烯气体浓度值、甲烷气体浓度值∶氢气气体浓度值、乙烯气体浓度值∶乙烷气体浓度值。在相同的情况下把这些比值以不同的编码表示，根据测试结果把三对比值换算成对应的编码组，然后查表对应得出故障类型和故障位置的方法。

所述的TD图是指：选用氢气、甲烷气体、乙烯气体和乙炔气体的浓度值构成二对比值，即甲烷气体浓度值∶氢气气体浓度值，乙炔气体浓度值∶乙烯气体浓度值，在相同的情况下把这些比值在坐标图中以不同区域表示，根据测试结果把二对比值显示在TD图，最终获得故障的具体位置。

本实施例检测方法可以实现对变压器运行现场油中各种数据的自动收集和协议转换，以及对数据进行解析和存储，为科学的组织、指挥、决策、监督生产过程，提供信息平台。

Claims (10)

1.一种变压器油色谱检测系统，包括：检测层、采集层和管理分析层，其特征在于，所述检测层包括监测模块和检测模块，所述采集层包括控制模块和采集转换模块，所述管理分析层包括数据管理模块和数据分析模块，其中：监测模块的油气输出端、气源输出端和载气输出端分别与检测模块的油气输入端、气源输入端和载气输入端相连接，控制模块的控制输出端分别与检测模块的控制输入端、监测模块的控制输入端和采集转换模块的控制输入端相连接，采集转换模块的采集命令输出端与检测模块的控制输入端相连接，检测模块的数据输出端依次连接采集转换模块和数据管理模块，数据管理模块的数据输出端与数据分析模块的数据输入端相连接，用户对数据分析模块进行操作控制，所述的气源输入端包括氢气输入端和空气输入端，所述的气源输出端包括氢气输出端和空气输出端。

2.根据权利要求1所述的变压器油色谱检测系统，其特征是，所述的监测模块包括：气体发生单元、定量进油单元、油气分离单元和载气单元，其中：定量进油单元接收待测油样并输出至油气分离单元，油气分离单元、气体发生单元和载气单元分别输出待测气体、定标气体和载气至检测模块的油气输入端、气源输入端和载气输入端。

3.根据权利要求2所述的变压器油色谱检测系统，其特征是，所述的气体发生单元包括氢气发生器和空气发声器，其中：氢气发生器的氢气输出端和空气发生器的空气输出端作为监测模块的气源输出端与检测模块的气源输入端相连接。

4.根据权利要求1所述的变压器油色谱检测系统，其特征是，所述的检测模块包括：恒温单元、气体转化单元和氢焰检测单元，所述恒温单元包括双柱分离器和热导检测器，其中：恒温单元的双柱分离输入端分别与监测模块的油气输出端和载气输出端相连接，恒温单元的热导检测输入端分别与双柱分离器的输出端和监测模块的载气输出端相连接，恒温单元的双柱分离输出端和热导监测输出端分别连接至氢焰检测单元的输入端和气体转化单元的输入端，氢焰检测单元的输入端和气体转化单元的输入端另外分别与监测模块的气源输出端相连接，气体转化单元的数据输出端连接至氢焰检测单元的数据输入端。

5.根据权利要求4所述的变压器油色谱检测系统，其特征是，所述的氢焰检测单元为双氢焰检测器，利用氢火焰作电离源，使被测气体组份电离并检测所产生微电流模拟信号并输出至控制模块的数据输入端。

6.根据权利要求1所述的变压器油色谱检测系统，其特征是，所述的采集转换模块包括：数据采集单元和数据转换单元，其中：数据转换单元的数据输入端与数据采集单元的数据输出端相连接，数据转换单元的数据输出端与管理分析层的数据输入端连接。

7.一种根据权利要求1所述的变压器油色谱检测系统的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、控制模块向恒温单元、气体转化单元、氢焰检测单元和热导检测单元发送数据传输请求，并将恒温单元、气体转化单元、氢焰检测单元和热导检测单元分别输出的变压器油气的响应电压值、实时状态信息和运行状态信息分别输出至采集转换模块；

第二步、采集转换模块将变压器油气的响应电压值、实时状态信息和运行状态信息进行模数转化后输出至数据管理模块，数据管理模块对变压器油气的响应电压值通过电压值转浓度值算法转化为变压器油气的浓度值并进行存储，然后数据管理模块根据数据传输协议，将变压器油气的浓度值、响应电压值的数字信号、实时状态信息的数字信号和运行状态信息的数字信号传输至数据分析模块；

第三步、数据分析模块分别采用抓峰算法、三比值法和TD算法对数据进行分析并得出分析结论，然后将分析结论以谱图、数据表、气体浓度超注意值表、TD图以及三比值结果表展现给用户。

8.根据权利要求7所述的变压器油色谱检测系统的检测方法，其特征是，第一步中所述的实时状态信息是指：恒温单元的柱炉温度信息、氢焰检测单元的氢焰温度信息、气体转化单元的镍炉温度信息、油气分离单元的油报警值信息、气体发生单元的氢气压力信息、气体发生单元的空气压力信息、监测模块的氮气压力信息和油气分离单元的脱气体积信息；运行状态信息是指：监测模块的待机状态信息、油气分离单元的脱气状态信息、检测模块的标气采样信息、检测模块的油样采样信息和氢焰检测单元的点火状态信息。

9.根据权利要求7所述的变压器油色谱检测系统的检测方法，其特征是，第三步中所述的抓峰算法是指：在谱图中油气分离单元中的氢气、甲烷气体、乙烯气体、乙烷气体、乙炔气体、一氧化碳气体或二氧化碳气体以峰的形式显示，根据各气体的峰顶值与起峰值的差和预先设置的标准曲线折算出峰高值及峰顶坐标位置。

10.根据权利要求7所述的变压器油色谱检测系统的检测方法，其特征是，第三步中所述的TD图是指：选用氢气、甲烷气体、乙烯气体和乙炔气体的浓度值构成二对比值，即甲烷气体浓度值：氢气气体浓度值，乙炔气体浓度值：乙烯气体浓度值，在相同的情况下把这些比值在坐标图中以不同区域表示，根据测试结果把二对比值显示在TD图，最终获得故障的具体位置。

Images