CN102713649A - 评估用油使其绝缘的电设备的绝缘状况的诊断方法与装置 - Google Patents

Abstract

一种用于评估用油(2)使其绝缘的电设备(3)的绝缘状况的诊断方法与装置。该方法包括以下步骤：测量在电设备(3)的绝缘油(2)中所溶解的至少一种气体的浓度；推导与在预定的采集时间间隔中所测得的气体浓度相关的至少一个浓度参数；测量与部分放电有关的电脉冲，该部分放电发生在电设备(3)中并且产生所述脉冲；推导与该部分放电相关的至少一个放电参数，该部分放电与上述预定的采集时间间隔基本上同时地测量；根据推导出的浓度与放电参数的值，来推导关于电设备(3)的绝缘状况的诊断指示。

Description

评估用油使其绝缘的电设备的绝缘状况的诊断方法与装置

技术领域

本发明涉及用于评估用油使其绝缘的电设备的绝缘状况的诊断方法与装置。

更具体地讲，本发明涉及用油使其绝缘的变压器的诊断评估的领域。实际上，在中压或高压变压器的领域中，油经常被用于使变压器绝缘。

背景技术

用于评估用油使其绝缘的变压器（或其它中压或高压设备）的绝缘状况的诊断装置已经应用了一段时间。这些装置基于一种被称为DGA（溶解气体分析）的技术，以便估计溶解在油中的气体的浓度。

DGA基于测量溶解在绝缘油中的预定类型的气体的浓度，以便推导出关于变压器的绝缘状况的诊断指示，即推导出关于在油中产生气体的源的指示。

更具体地讲，DGA被用于分析多种气体的浓度，包括氢、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、一氧化碳和二氧化碳。

涵盖性术语DGA包括了若干种现有技术，例如，Duval三角形方法或基于IEC 60599的技术。

从油中气体的同一测得浓度值开始，将不同的现有技术DGA方法用于诊断变压器的绝缘状况常常会给出相矛盾的诊断指示，这取决于所使用的具体技术。实际上，这些技术常常会相互矛盾（就以标识在油中检测到的气体的源为目的而收集的数据的解释标准而言）。

由此，已知的诊断装置和DGA诊断方法的第一缺点就是它们常常产生相对不可靠的指示。

考虑到这一点，应该注意到，变压器（更一般地讲，任何电设备）的诊断指示的可靠性是极其重要的，因为技术人员使用这些指示对保养计划和/或提示动作进行编程以使被诊断的电设备恢复至最佳绝缘状况。

基于DGA的现有技术诊断装置的第二缺点与标识溶解在油中的气体的源并以可靠的方式在不同的可能源之间进行区分这样一种需求相关联。

事实上，在使用现有技术的DGA技术时，只有非常少量的源类型可以被很容易且很可靠地标识。

实际上，为了标识许多类型的源，现有技术包括检测以非常小的浓度存在的气体的类型。这意味着这些技术是不太可靠的，从而使基于这些技术的气体检测系统更复杂且昂贵。

由此，基于DGA的诊断装置可提供的诊断指示只能被用于标识少量的导致在变压器中形成气体的源（这些源就是变差的原因）。

此外，应该注意到，基于更高级的DGA技术的诊断装置包括：根据在测量腔室内测得的值，来估计将要在后续DGA中使用的油中的气体的浓度，该测量腔室通过该气体可穿透的膜而与油容器分开。

该测量腔室通过该膜接收存在于油中的气体的一部分。

此类诊断装置在测量腔室内配备有一个或多个传感器，以测量该测量腔室自身内的气体的浓度。

溶解在油中的气体的浓度的错误估计将使后续DGA的结果变为无效，最终提供了不正确的诊断指示，在最坏的情况下，就无法检测到电设备的绝缘情况变差的可能的源。

这提出了根据在测量腔室中测得的气体的量来正确地估计油中的气体浓度的问题。实际上，气体从油穿行至测量腔室会花相对较长的时间（穿透上述膜是很短暂的），并且这导致了估计浓度的差错。

由此，这些诊断装置的另一个缺点是它们不是稳定可靠的并且会受疏失误差影响，因为真正存在所估计的气体浓度（被用于已知的诊断方法中）是错的（尤其是在油中形成气体之后的短暂瞬间）风险。

应该注意到，油中所存在的气体（通常）是通过放电（也称为部分放电）而产生的，这出现在绝缘油中或出现在电设备的其它绝缘部分中。

在经受中压或高压的电设备中，部分放电是公知的现象。

部分放电是局限于电系统的绝缘的一部分的放电，因此不会导致该系统立刻发生故障，而是导致该系统逐渐变差。

因其本性如此，所以部分放电的范围基本上被局限在绝缘系统的缺陷处。

应该注意到，在具有固态或气态绝缘的电设备的情况下，部分放电信号被测量和分析以便于诊断。

然而，在用油使其绝缘的电设备的情况下，部分放电分析(PDA)方法是不被使用的。

实际上，油绝缘是能自我恢复的，这意味着油绝缘体的典型缺陷（部分放电的源）易于随时间而改变，甚至消失。

下列事实必须提及：在用油使其绝缘的变压器上所测得的部分放电会显著地受噪声影响，并且不允许使用通常在具有固态绝缘体的设备上所使用的解释方法。

发明目的

本发明的目的在于提供一种用于评估用油使其绝缘的电设备的绝缘状况的诊断方法与装置，该方法能克服上文提到的现有技术的缺点。

特别是，本发明的目的在于提供一种用于评估用油使其绝缘的电设备的绝缘状况的诊断方法与装置，其能提供关于电设备自身的绝缘状况的可靠且精准的信息。

本发明的另一个目的在于提供一种用于评估用油使其绝缘的变压器的绝缘状况的诊断方法与装置，其能以简单且可靠的方式标识该变压器自身的绝缘中的大量缺陷。

这些目的可以通过权利要求书所限定的本发明的方法和装置来全部实现。

更具体地讲，本发明的方法包括以下步骤：

-测量在电设备的绝缘油中所溶解的气体的浓度；

-推导出与在预定的采集时间间隔中所测得的气体浓度相关联的至少一个浓度参数。

该方法的特征在于还包括以下步骤：

-测量与部分放电有关的电脉冲，该部分放电发生在电设备中并且产生所述脉冲；

-推导出与该部分放电相关的至少一个放电参数，该部分放电与上述预定的采集时间间隔基本上同时地测量；

-根据推导出的浓度值以及放电参数，来推导关于电设备的绝缘状况的诊断指示。

本发明的装置配备有一种用于测量在电设备的绝缘油中所溶解的气体的浓度的设备。

该装置的特征在于它包括，组合在一起的：用于测量与部分放电有关的电脉冲的模块，该部分放电发生在电设备中并且产生所述脉冲；

处理单元，该处理单元连接到该设备并连接到用于测量部分放电的模块，该处理单元还被设计成推导与测得的气体浓度有关的至少一个浓度参数以及与部分放电有关的至少一个放电参数，并根据推导出的浓度参数的值以及推导出的放电参数的值的组合来推导关于电设备的绝缘状况的诊断指示。

较佳地，这种浓度与放电参数（的值）的组合是非线性的组合。

附图说明

根据以下结合附图所进行的对本发明的优选但非限制性实施例的描述，本发明的这些以及其他特征将会显而易见，其中：

-图1示意性地示出了根据本发明的设备；

-图2示出了表示本发明的方法的流程图。

具体实施方式

在附图中，标号11表示一种诊断装置，用于评估用油2使其绝缘的电设备3的绝缘状况。

一般来讲，电设备3是用油使其绝缘的任何电设备（中压或高压电设备），例如，变压器、电缆或开关。

然而，具体而言，本发明涉及一种用于评估用油使其绝缘的变压器的绝缘状况的诊断装置。

因此，在下面的描述中，设备3是变压器。

然而，这不应该被解释为限制了本发明的范围，因为诊断装置11可以与其它类型的电设备相关联，例如，电缆或用油使其绝缘的任何电设备。

使变压器的油2保持在容器7（在下文中称为油2的容器7）中。

诊断装置11配备有用于测量溶解在油中的气体的浓度的设备1。

在较佳的实施例中，设备1包括膜5，气体可穿透该膜5并且该膜5被插放在油2的容器7与测量腔室4之间以允许气体从油的容器7穿透该膜5到达测量腔室4。

设备1也包括：传感器6，该传感器6被安装在测量腔室4中以便测量测量腔室4中的气体的浓度；以及控制单元8。

该传感器6可以测量一种或多种预定类型的气体的浓度。

更具体地讲，设备1被配置成测量下列气体中的至少一种：

-一氧化碳，在下文中称为CO；

-氢气，在下文中称为H₂。

较佳地，设备1被配置成测量上述这两种气体。

或者，不使用单个传感器6，设备1可以包括多个传感器，每一个传感器被设计成测量预定类型的气体的浓度。

设备1包括控制单元8（或处理器或任何其它处理装置），该控制单元8电连接到传感器6以从后者接收在测量腔室4中测得的预定类型的气体的浓度值所对应的信号。

控制单元8较佳地包括（但不限制本发明的范围）记忆模块（未示出）和处理模块（也未示出），该处理模块功能性地连接到该记忆模块。

控制单元8定义处理装置9，该处理装置9被配置成根据在测量腔室4中测得的相应的气体浓度值来推导在油2中的气体浓度的估计值。

较佳地，设备1也包括定时器，该定时器连接到控制单元8并且被设计成产生一信号，该信号可以被控制单元8的处理模块使用以产生（并记忆）由传感器6接连得到的测量结果所对应的测量瞬间。定时器被连接到控制单元8，从而也允许在预定的测量瞬间接连地得到多个测量结果（测量腔室4中的气体浓度的值的测量结果）。

控制单元8的记忆模块被设计成记忆由传感器6所采集的气体浓度值。

根据已知的技术，控制单元8将时间信息项与测量腔室4中的气体浓度的每一个采集值关联起来，例如，每一个采集值通过定时器获得并且涉及采集气+体浓度值的采集瞬间。

例如，对于测量腔室4中所测得的每一个气体浓度值，控制单元8可以将与采集该值的瞬间有关的时间信息项直接记忆在上述记忆模块中；和/或可以根据预定的顺序对测量腔室4中的气体浓度的采集值进行分选并且使用预定的采样步长。

下面描述设备1的操作，用于推导电绝缘油2中所溶解的气体的浓度。

在下文中，将使用下列标号：

-t_i表示时间瞬间；

-X_i表示在时间瞬间t_i由传感器6测得的测量腔室4内的预定气体的浓度值；

-Y_i表示由控制单元8计算的油中的气体浓度的估计值；

-

表示预定的时间间隔；

-

表示较佳地在预定的时间间隔

中测量腔室4中的气体浓度的预定变化间隔；

-K表示(在不小于

的测量时间间隔中)得到的测量结果。

下文将明确地引用测量腔室4内的一般气体类型的浓度的测量结果。

因此，所提出的方法可被用于测量该测量腔室4内的任何气体(或多种气体)的浓度并且相应地估计其在油2中的浓度。

电子控制单元8在预定的时间间隔T(T不小于

)中从传感器6采集测量腔室4内的一种预定类型气体的浓度的多个值(X₁，X₂，...，X_k)。

较佳地，预定的时间间隔

约为24小时。

较佳地，在测量腔室4内测得的浓度值(X₁，X₂，...，X_k)是在预定的时间间隔处采集的。

更具体地讲，较佳地，但不限制本发明的范围，在测量腔室4内测得的气体浓度值(X₁，X₂，...，X_k)是按恒定的时间间隔而分隔开的，即，这些浓度值(X₁，X₂，...，X_k)较佳地是由控制单元8以恒定的采样步长来采集的。

这有利地简化了由控制单元8对测得的浓度值进行的后续处理。

在测量腔室4内测得的浓度值(X₁，X₂，...，X_k)较佳地是按15-25分钟的时间间隔而分隔开的，大约20分钟则更佳。

然而，根据本发明，在测量腔室4内测得的浓度值(X₁,X₂，...,X_k)也可以是按非恒定的时间间隔而分隔开的，即，这些浓度值(X₁,X₂，...,X_k)可能是由控制单元8以非恒定的采样步长来采集的。

在测量腔室4中每一次采集浓度值X_i时，控制单元8检查是否

即，从第一个样本X₁被采集的那一刻起是否已过去了预定的时间间隔

正如图2的示意图中的框A所示的那样。

因此，应该观察到，等于t_k-t₁的采集时间间隔T不小于预定的时间间隔

较佳地，但不限定本发明的范围，将在周期

之后采集的第一值X_k与所采集的第一值X₁进行比较。

或者，可以将在预定的时间间隔

之后采集的第一值与一个或多个之前采集的值X₁÷X_k-1进行比较。

这种比较是阈值类型的比较，即，将差值(X_k-X₁)与测量腔室4中的气体浓度的预定变化间隔

进行比较。

如果差值(X_k-X₁)大于测量腔室4中的气体浓度的预定变化间隔则通过值X_k以及先前在测量腔室4中测得的气体浓度值(X₁,X₂，...,X_k-1)的非线性函数（即，通过Y_k=f(X₁,X₂，......X_k)类型的非线性函数）来推导与值X_k相对应的油中的气体浓度的估值Y_k。

应该注意到，这种检查也可以针对第一个(X₁)之后采集的任何其它值X_i进行，正如上文所描述的那样。

实际上，超过测量腔室4中的气体浓度的预定变化间隔表明了电设备3的油2中的气体浓度正在发生或多或少的突然变化，因此，就表明了透过膜5的气体转移的瞬变现象正在进行中。

在这些条件下，因为气体从油2透过膜5到达测量腔室4这一现象的动力学原理，油2中的气体浓度与测量腔室4内的气体浓度之间很有可能尚未达到平衡。

（在发现差值(X_i-X₁)大于预定值之后）这种非线性函数也被用于针对上述第一值之后测量的所有浓度值(X₁,X₂，....)来估计油中的气体浓度。

较佳地，该非线性函数（将腔室4中所测得的预定气体浓度链接到容器7中的油2中的同一气体的相应浓度）是下文作为示例示出的函数，该函数关于在测量腔室4中所采集的气体浓度值X_k。

$\mathrm{Yk}=\frac{(X_k-X_1{e}^{-R_d{t}_k})}{R_d\mathrm{\λ}(T_g,P)\mathrm{erfc}\left(\frac{d}{\sqrt{4D_i{t}_k}}\right)}-\frac{e^{-R_d{t}_k{\∫}_1^{t_k-1}{\mathrm{dt}}^{\′}}X\left(t^{\′}\right)\mathrm{erfc}\left(\frac{d}{\sqrt{4D_i{t}^{\′}}}\right)e^{R_d{t}^{\′}}}{\mathrm{erfc}\left(\frac{d}{\sqrt{4D_i{t}_i}}\right)}$

其中：

-λ(T_g，P)是奥斯特瓦尔德溶解度系数，该系数是温度与压力的函数，

是补余误差函数，并且

-Rd和Di是基于构成该膜的聚合物而计算出的试验常数。

油中的气体浓度的估值Y_k是由控制单元8计算的，更具体地讲，是由处理模块计算的。

有利的是，前述非线性函数考虑了：

-气体透过膜5扩散的过程的动力学原理，这种扩散过程是相对缓慢的；

-气体透过膜5的吸收与释放的过程。

因此，上述非线性函数考虑到了在预定的时间间隔中气体透过膜5进行渗透的瞬变现象。

由此，设备1有利地可能以很高的精度来推导油2中的气体浓度的值；更具体地讲，设备1可能获得油2中的气体浓度的良好估计，甚至对于相对缓慢的气-油系统瞬变现象也如此。

此外，有利的是，设备1并不需要复杂的校准来将测量腔室4内的气体浓度的值X_k(即，任何测得的值X_i)与油中的气体浓度值关联起来，而现有技术的设备都需要复杂的校准。

这减少了设备1的设置时间，并且也降低了低估油中的气体浓度值的风险，特别是当气-油系统远未达到其热动力平衡时。

此外，如果在测量腔室4内气体达到了饱和状况，则它们可以至少部分地放电而不降低由设备1执行的气体浓度测量的可靠性。

实际上，即使气体的放电触发了气体透过膜5进行转移的瞬变现象，设备1也能够通过非线性函数来正确地估计油中的气体浓度值。

用于推导溶解在油中的气体的浓度的方法较佳地构想到：当控制单元8检测到(X_k-X₁)小于测量腔室4中的气体浓度的预定变化值或间隔

(即，当X_i-X₁小于

时，针对2与k之间的每一个i)时，通过浓度值X_i的简化线性方程，即，通过Y_i=f(X_i)类型的线性方程，来推导与值X_i相对应的油中的气体浓度的估值。

实际上，不超过测量腔室4中的气体浓度的预定变化间隔

就表明了电设备3中的油2中的气体浓度的小变化的情形，这转而表明了气-油系统的大致平衡的状况。

由此，当该浓度的预定变化值或间隔

未被超过时，设备1使用该线性函数有利地减小了控制单元8的计算负荷并且简化了油中气体浓度的估值的计算。

下面示出了较佳地被用于根据测量腔室4中的气体浓度的测量值X_i来计算油中的气体浓度的估值Y_i的线性函数。

Y_i＝λ(T_g，P)*X_i

其中：

-λ(T_g，P)是奥斯特瓦尔德溶解度系数。

参照框C，用于推导溶解在油中的气体的浓度的方法较佳地用FIFO逻辑（即，首先进入的数据项是该框的首先输出的数据项）来实现，正如图2所示。

实际上，由控制单元使用线性或非线性函数计算出的油中的气体浓度的第一估值Y₁较佳地对应于在测量腔室4中采集的气体浓度的第一值X₁，并且对于其余的值也如此。

由此，上文的描述定义了一种用于推导在电设备的电绝缘油2中所溶解的气体的浓度的方法，包括下列步骤：

-准备气体可透过的膜5，该膜5被插放在油2的容器7与测量腔室4之间，测量腔室4接收穿透该膜5的气体的一部分；

-测量在测量腔室4中的气体浓度的值；

-根据测得的值来推导在油2中的气体的浓度的估值；

其特征在于，

-测量包括在连续的测量瞬间对测量腔室4中的气体浓度值进行多次测量；

-推导包括在从所述测量瞬间中选出的瞬间根据在所选的测量瞬间以及在所选的测量瞬间之前的一个或多个测量瞬间所测得的值的非线性函数来计算在油2中的气体浓度的估值。

较佳地，以预定的测量时间间隔在连续的测量瞬间进行多次测量，在所述预定的测量时间间隔中可以从第一次测量到最后一次测量按顺序地安排这些测量。

该方法较佳地包括：在第一次测量后的至少一次测量之后，将测得的值与先前多次测量的值中的至少一个值进行比较。

推导与上述测量相对应的油2中的气体浓度的估计值的步骤是以一种模式来执行的，该模式是根据所述比较步骤从下列备选中选出的：

-根据在所选的测量瞬间以及所选的测量瞬间之前的一个或多个测量瞬间所测得的值的非线性函数而进行的计算，或

-根据在所选的测量瞬间所测得的值的线性函数而进行的简化计算。

应该观察到，较佳地，在从所述测量瞬间中选出的瞬间，油中的气体浓度的估计值是根据在所选的测量瞬间以及在所选的测量瞬间之前的所有测量瞬间测得的值的非线性函数来计算的。

根据本发明，诊断装置11还包括：测量模块10，用于测量与部分放电（下文中也称为PD，即术语“部分放电”的缩写）有关的电脉冲，部分放电发生在设备3中（更具体地讲，发生在变压器3中）；以及处理单元12。

应该注意到，控制单元8和处理单元12可以被集成在单个处理单元中；在任何情况下，控制单元8和处理单元12定义了处理装置9。

更具体地，但并非必然地，用于测量电脉冲的测量模块10是电学类型的（或者，它可能是光学或声学类型的）；测量模块10被配置成测量变压器3的电流脉冲，这些电流脉冲穿过与电系统相耦合的测量电路。

处理单元12被连接到设备1以及测量模块10以便测量上述部分放电。处理单元12（集成在控制单元8中或与之相连接）被设计成推导：至少一个浓度参数，该浓度参数与在预定的采集时间间隔中所测得的气体浓度相关联；以及至少一个放电参数，该放电参数与同一采集时间间隔同时测得的部分放电相关联。

特别是，关于“同时”二字，应该注意下列内容。

“同时”这一表述被用于意指与放电参数相关联的放电可能是在测量气体浓度的同一采集时间间隔中测量的、或者是紧挨着该时间间隔之前或之后测量的，即，这些放电并非必然是在采集气体浓度的同一时间间隔中采集的，而是也可以是在该时间间隔之前或之后采集的，只要上述气体与PD测量时间总是足够接近以确保与气体浓度和PD信号有关的测得数据都与相同的源有关就行。

实际上，应该观察到，一般来讲，设备3的绝缘中的缺陷立刻就成了气体的源以及部分放电的源（通常，发生在油或纸绝缘中的放电自身产生气体）。

处理单元12包括可连接到数据库的标识模块（未示出），该数据库包含预定指示符的参考值，这些预定指示符与至少包含浓度和放电参数的数据集有关。

该数据库中所包含的预定指示符的这些参考值是产生部分放电和/或溶解在油中的气体的预定类型源的特征值。

该标识模块被编程为比较由处理单元12推导出的浓度与放电参数的值所构成的数据集以及上述数据库中的数据，以便将该数据集分配给产生部分放电和/或溶解在油中的气体的那些预定源类别中的一个或多个。

较佳地，装置11也包括例如显示单元的显示装置（未示出），其被连接到处理单元12并且被设计成显示与标识出的部分放电和/或溶解在油中的气体的源有关的诊断指示。

下文描述诊断装置11的操作。

设备1（以上文所描述的方式）测量在电设备3的绝缘油中所溶解的至少一种气体的浓度。

更具体地讲，设备1在预定的时间间隔中测量油中的一氧化碳和氢气的浓度，并且将这些浓度发送给处理单元12。

处理单元12根据溶解在油中的至少一种气体的测得浓度来推导至少一个浓度参数。

较佳地，处理单元12推导下列两个浓度参数：

-油中的一氧化碳浓度的值；

-油中的氢气浓度的值。

测量模块10测量与部分放电有关的电脉冲，所述部分放电发生在油中并且产生了脉冲。

更具体地讲，假定变压器经受交流电压；考虑到这一点，有可能将相位参数的值归结于所测量的每一个电脉冲（部分放电），所述相位参数的值是在测量该脉冲的瞬时施加到变压器（或施加到电设备3）的电压的相位（或值）所给出的。

较佳地，对于每一个所测量的脉冲，处理单元12提取与该脉冲的波形相关联的参数的值。

更具体地讲，对于每一个所测量的脉冲，处理单元12推导下列：

-与所测量的脉冲的振幅相关联的振幅参数的值；

-相位参数的值，该相位参数表示在测量所述脉冲的瞬时施加到电设备的交流电压的值；

-与该脉冲的频率内容相关联的第一形状参数W的值；

-与该脉冲的持续时间相关联的第二形状参数T的值。

应该注意到，为了推导出上述形状参数T和W，处理单元12较佳地被编程为如下进行操作：

-第一形状参数W作为在频域中处理的部分放电脉冲的标准差而被推导出来；

-第二形状参数T作为在时域中处理的部分放电脉冲的标准差而被推导出来。

因此，处理单元创建一数据集，对于每一个所测量的脉冲该数据集包括：上述形状参数T和W的值；与所测量的脉冲的振幅相关联的振幅参数的值；以及相位参数的值，表示在测量这些脉冲的瞬时施加到该电设备的交流电压的值。

较佳地，处理单元12处理该数据集以便将与该数据集有关的部分放电的活动归结于与部分放电的源的本性相关联的一个或多个类别，这些类别较佳地是从下列类别中选出的：

-内部，

-表面，

-电晕。

特别规定，“与部分放电的源的本性相关联”这一表述意指上述类别代表了在发生PD的（产生部分放电的缺陷的）空间区域内的电场的分布。实际上，应该观察到，部分放电活动（即，在参考时间间隔中按顺序发生的部分放电的大小、相位和时间顺序）与发生放电的区域中的电场的分布密切相关。

“内部”这一类别涉及到在介电表面或介电固体与金属电极所限定的空气间隙中发生的部分放电的活动，并且这种部分放电在垂直于上述表面（固定的间隙）的方向上具有显著大的电场分量。

“表面”这一类别涉及到包括固体和/或液体绝缘材料的表面的部分放电的活动，并且这种部分放电在与放电表面相切的方向上具有显著大的电场分量。

“电晕”这一类别涉及到从尖端元件开始在空气中发生的部分放电的活动。

较佳地，处理单元12比较包括测得脉冲的振幅和相位参数的数据集中的数据与参考数据，该参考数据被包含在数据库中且涉及到产生部分放电的上述类别（即，内部、表面和电晕）源的振幅与相位参数所采用的参考值。

应该观察到，通过处理与所测量的放电的相位与振幅有关的数据，将所测量的放电活动归结于（即，将测得的数据集归结于）上述内部/表面/电晕等类别。较佳地，这种处理包括评估与该数据集相关联的相位-振幅图案。更具体地讲，这种评估较佳地是使用模糊推理引擎来执行的。

被分配到上述类别的部分放电源的所测量脉冲的相位与振幅参数所构成的数据集构成了一种放电参数。

较佳地，处理单元12推导出下列放电参数：

-在设备3中（即，在变压器中）有或没有部分放电的指示；

-在设备3中（即，在变压器中）存在间歇的部分放电的指示；

-将所测量的部分放电（即，与所测量的多个PD有关的数据集）归结于内部、表面和电晕等类别。

因此，处理单元12定义了标识模块，该标识模块标识了产生部分放电和/或溶解在油中的气体的设备绝缘缺陷类型。

处理单元12的标识模块比较由浓度和放电参数的值所构成的数据集以及预定的指示符（这些指示符涉及到数据库中所包含的浓度与放电参数）的参考值，以便将该数据集归结于部分放电和/或气体的那些预定源类别中的一个或多个。

那允许从部分放电和/或气体的一个或多个预定类别中标识出产生部分放电和/或溶解在油中的气体的源的类型。

更具体地讲，下面将参照设备3由变压器构成的情形。

诊断装置11被配置成从下列源类别中标识出产生部分放电和/或溶解在变压器中的油中的气体的源（或一个或多个源）：

-变压器的过热；

-变压器的芯中的电弧；

-变压器的纸绝缘中的缺陷；

-由变压器的高压电极在油中产生的放电；

-在变压器内的浸渍不足的区域中的放电；

-油泡；

-沿变压器绝缘的外表面产生的放电。

如果油中的一氧化碳浓度的值大于数据库中存在的相应参考值并且在变压器中没有部分放电，则处理单元12将推导出的浓度与放电参数数据集归结于“变压器的过热”这一类别。

一氧化碳浓度的预定数据库参考值考虑到了在变压器的最佳工作条件下（即，当变压器没有过热时）油中的一氧化碳浓度。

较佳地，一氧化碳浓度的预定数据库参考值是1500ppm。

更佳地，一氧化碳浓度的预定数据库参考值是400ppm。

如果油中氢气浓度的值大于相应的第一参考值（对应于氢气的“高”浓度）并且没有部分放电，则处理单元12将推导出的浓度与放电参数数据集归结于“变压器的芯中的电弧”这一类别。

较佳地，氢气浓度的相应的第一参考值（对应于氢气的“高”浓度）是10000ppm。

较佳地，上述相应的第一参考值涉及到油中氢气的“高”浓度。

如果油中的氢气浓度值大于相应的第一参考值（对应于氢气的“高”浓度）并且存在被归结于电晕类别的部分放电活动，则处理单元12将推导出的浓度和放电参数数据集归结于“由变压器的高压电极在油中产生的放电”这一类别。

较佳地，氢气浓度的相应第一参考值（对应于“高”浓度）是10000ppm。

处理单元12也可以使用T和W形状参数作为进一步的放电参数，以将该数据集归结于“由高压电极在油中产生的放电”这一类别，以便以更高的可靠度推导出诊断指示。

实际上，当部分放电和/或气体的源是由高压电极在油中所产生的放电时，上述推导出的T和W形状参数具有分别大于预定参考值（T“高”）的值以及小于另一个预定参考值（W“低”）的值。

较佳地，T的预定参考值是5mS，而W的预定参考值是1Mhz。

T和W的上述参考值（5mS和1Mhz）在涉及电脉冲的信号是在典型的电容性耦合器的通带中被携载时适用。

如果油中氢气浓度的值大于相应参考值（涉及到油中氢气的“低”浓度）并且存在间歇的部分放电，则处理单元12将推导出的浓度与放电参数数据集归结于“变压器的纸绝缘中的缺陷”这一类别。

较佳地，与H₂的“低”浓度相对应的H₂浓度的对应参考值是200ppm。

如果油中的H₂浓度的值大于涉及H₂的“高”浓度的相应参考值且存在归结于内部和/或表面放电类别的部分放电活动，则处理单元12将推导出的浓度和放电参数数据集归结于“在变压器内的浸渍不足的区域中的放电”这一类别。

处理单元12也可以使用T和W形状参数作为进一步的放电参数，以将该数据集归结于“在变压器内的浸渍不足的区域中的放电”这一类别，以便以更高的可靠度推导出诊断指示。

实际上，当部分放电和/或气体的源是由变压器内的浸渍不足的区域中的放电时，上述推导出的T和W形状参数具有分别大于预定参考值的值以及小于另一个预定参考值的值。

较佳地，T的预定参考值是5mS，而W的预定参考值是1Mhz。

T和W的上述参考值（5mS和1Mhz）在涉及电脉冲的信号是在典型的电容性耦合器的通带中被携载时适用。

如果油中的H₂浓度的值小于涉及油中的H₂的“低”浓度的相应参考值，且存在归结于内部和/或表面放电类别的部分放电活动，则处理单元12将所导出的浓度和放电参数数据集归结于变压器中的“油泡”这一类别。

较佳地，与H₂的“低”浓度相对应的H₂浓度的参考值是200ppm。

此外，当处理单元12将推导出的浓度和放电参数数据集归结于“油泡”这一类别时，包括放电参数的数据集属于与部分放电源的本质相关联的类别（内部、表面、电晕）的归属程度对于“内部”类别是最高的。

如果油中的H₂浓度的值小于涉及油中H₂的“高”浓度的第一对应参考值且大于涉及油中H₂的“低”浓度的第二对应参考值，并且存在归结于内部和/或表面类别的部分放电活动，则处理单元12将推导出的浓度和放电参数数据集归结于“沿变压器绝缘的外表面产生的放电”这一类别。

较佳地，对应于H₂的“高”浓度的H₂浓度的第一参考值为10000ppm，且对应于H₂“低”浓度的H₂浓度的第二参考值为200ppm。

此外，当处理单元12将推导出的浓度和放电参数数据集归结于“沿变压器绝缘的外表面产生的放电”这一类别时，包括放电参数的数据集属于与部分放电源的本质相关联的类别（内部、表面、电晕）的归属程度对于“表面”这一类别是最高的。

下面的表格1示出了使用本发明的诊断方法和诊断装置来根据浓度参数的值以及放电参数的值对部分放电和/或气体的源进行归结。

表格1

处理单元12可进一步包括过滤模块，即，过滤器，其可配置成仅选择涉及在采集时间间隔中测得的部分放电的电脉冲的一部分，从而仅在部分放电的所选择的部分上推导出放电参数。

例如，过滤器允许处理单元12推导出与部分放电（排除由于预定类型的噪声而产生的放电）相关联的一个或多个放电参数，从而有利地推导出可靠且不受噪声影响的放电参数。

诊断装置11有利地使得有可能获得关于电设备（特定是变压器）的绝缘状态的高度可靠的诊断指示。

实际上，诊断装置11通过组合DGA和PDA来推导出关于电设备的绝缘状况的诊断指示。

因此，关于DGA和PDA，所提出的装置11在所测得数据的不确定性方面是特别稳定的。

实际上，根据本发明，为了执行可靠的诊断（具有良好的识别能力来区分缺陷的类型），测量具有最高浓度的气体（CO和H₂）（且因此特别简单和可靠地进行测量）且从中推导出关于PD源的本质的指示是足够的。

与基于DGA的现有技术的诊断装置相比，这种诊断装置通过测量少量气体在油中的浓度就可以提供更多的诊断指示，在诊断装置的成本和操作可靠性方面具有明显的优势。

此外，与现有技术的DGA解决方案不一样，估计在油中的一种或多种气体的浓度时的任何误差并不会显著地降低由装置11推导出的诊断指示的可靠性；实际上，该诊断信息是使用由DGA获得的至少一个浓度参数以及由PDA获得的至少一个放电参数来推导出的。

因此，有利地，在诊断装置11中用来测量油中的气体浓度的传感器可能与现有技术的基于DGA的装置的传感器相比不那么精确和准确，但是在成本方面有明显的优势。

本发明的另一个优势在于，其提供了诊断装置11，该诊断装置11可以用高度识别力来在变压器中标识产生部分放电和/或溶解在油中的气体的多个源以区别这些源而不会使得该装置复杂化。

另外，本发明的诊断装置使用模糊推理引擎，该模糊推理引擎对浓度和放电参数进行操作以推导出上述诊断指示。

使用应用于浓度和（多个）放电参数的预定规则，该模糊推理引擎使得有可能将包括浓度和放电参数的值的数据集归结于产生部分放电和/或溶解在油中的气体的一种或多种源类别。

这有利地允许获得甚至更准确的诊断指示，包括关于所提供指示的确定性（或不确定性）（一般用术语“可能性”来指代）的指示。

在诊断装置的其他实施例中，有关变压器的绝缘状况的其他诊断指示是基于来自上述的一个或多个浓度参数和一个或多个放电参数的组合所构成的数据集推导出的。

在任何情况下，包括至少一个浓度参数和一个放电参数的数据集必须包括浓度和放电参数的组合，从这组合中上述放电和/或气体的源中的至少一个必须是可标识的。

另外，与上述相比，装置11可进一步推导浓度和放电参数来改进从中推导出的诊断指示的可靠性。

上面的描述还定义了用于评估用油2使其绝缘的电设备3的绝缘状况的诊断方法，包括如下步骤：

-测量在电设备3中的绝缘油2中所溶解的至少一种气体的浓度；

-推导出与在预定的采集时间间隔中所测得的气体浓度相关联的至少一个浓度参数；

-测量与部分放电有关的电脉冲，该部分放电发生在电设备3中并且产生所述脉冲；

-推导出与该部分放电相关的至少一个放电参数，该部分放电与上述预定的采集时间间隔基本上同时地测量；

-根据推导出的浓度参数的值以及放电参数的值的组合，来推导关于电设备3的绝缘状况的诊断指示。

较佳地，在本方法中，推导诊断指示的步骤包括如下步骤：

-准备包含预定指示符的参考值的数据库，这些预定指示符与至少包括所述浓度和放电参数的数据集有关，所述参考值是产生部分放电和/或溶解在油中的气体的预定源类别的特征；

-将推导出的浓度和放电参数的值所构成的数据集与数据库中的数据进行比较，从而将所述数据集分配至所述源类别中的一个或多个，藉此标识产生部分放电和/或溶解在油中的气体的源的类型。

在诊断方法的另一个实施例中，将推导出的浓度和放电参数的值所构成的数据集与数据库中的数据进行比较从而将所述数据集分配至所述源类别中的一个或多个的步骤被执行，从而提供与电设备3的绝缘状况有关的信号。

该信号可包括与绝缘状态有关的信息（例如，如果绝缘状况良好，则信号灯是绿的，而如果绝缘不是很好且电设备需要人注意，则信号灯是红的），或该信号可包括与将要在变压器上进行的操作相关的信息。

此外，在诊断方法的又一个实施例中，推导诊断指示的步骤包括：使用模糊推理引擎对至少一个浓度参数和至少一个放电参数进行操作以便推导出所述诊断指示。

可理解的是，此处描述的本发明可受到工业应用的影响且在藉此不背离本发明概念的范围的情况下可以数种方式修改和改变。此外，本发明的所有细节可以被技术上等价的元件替代。

Claims (18)

1.一种用于评估用油(2)使其绝缘的电设备(3)的绝缘状况的诊断方法，包括如下步骤：

-测量在电设备(3)中的绝缘油(2)中所溶解的至少一种气体的浓度；

-推导与在预定的采集时间间隔中所测得的气体浓度相关联的至少一个浓度参数；

其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

-测量与部分放电有关的电脉冲，所述部分放电发生在电设备(3)中并且产生所述脉冲；

-推导与所述部分放电相关的至少一个放电参数，所述部分放电与所述预定的采集时间间隔基本上同时地测量；

-根据推导出的浓度参数的值以及放电参数的值的组合，来推导关于电设备(3)的绝缘状况的诊断指示。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，推导诊断指示的步骤包括下列步骤：

-准备包含预定指示符的参考值的数据库，所述预定指示符与至少包括所述浓度和放电参数的数据集有关，所述参考值是产生部分放电和/或溶解在油中的气体的预定源类别的特征；

-将推导出的浓度和放电参数的值所构成的数据集与所述数据库中的数据进行比较，从而将所述数据集分配至所述源类别中的一个或多个，从而提供与电设备(3)的绝缘状况有关的信号。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述推导诊断指示的步骤包括下列步骤：

-准备包含预定指示符的参考值的数据库，所述预定指示符与至少包括所述浓度和放电参数的数据集有关，所述参考值是产生部分放电和/或溶解在油中的气体的预定源类别的特征；

-将推导出的浓度和放电参数的值所构成的数据集与所述数据库中的数据进行比较，从而将所述数据集分配至所述源类别中的一个或多个，藉此标识产生部分放电和/或溶解在油中的气体的源的类型。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述电设备是变压器，并且产生部分放电和/或溶解在油中的气体的预定源类别包括来自下述列表中的一个或多个类别：

-变压器的过热；

-变压器的芯中的电弧；

-变压器的纸绝缘中的缺陷；

-由变压器的高压电极在油中产生的放电；

-在变压器内的浸渍不足的区域中的放电；

-油泡；

-沿变压器绝缘的外表面产生的放电。

5.如权利要求4所述的方法，还包括：

推导在油中的一氧化碳的浓度以及在变压器中有或没有测量到的部分放电的指示，所述在油中的一氧化碳的浓度构成所述至少一个浓度参数，所述在变压器中有或没有测量到的部分放电的指示构成所述至少一个放电参数，如果在油中的一氧化碳浓度的值大于相应的参考值并且没有部分放电，则所测得的数据集被分配至变压器的过热的类别。

6.如权利要求4或5所述的方法，还包括：

推导在油(2)中的氢气的浓度以及在变压器中有或没有测量到的部分放电的指示，所述在油(2)中的氢气的浓度构成所述至少一个浓度参数，所述在变压器中有或没有测量到的部分放电的指示构成所述至少一个放电参数，如果在油中的氢气浓度的值大于相应的参考值并且没有部分放电，则所测得的数据集被分配至变压器的芯中的电弧的类别。

7.如权利要求4到6中的任一项所述的方法，还包括：

推导在油(2)中的氢气的浓度以及在变压器中有或没有测量到的间歇的部分放电的指示，所述在油(2)中的氢气的浓度构成所述至少一个浓度参数，所述在变压器中有或没有测量到的间歇的部分放电的指示构成所述至少一个放电参数，如果在油中的氢气浓度的值大于相应的参考值并且有间歇的部分放电，则所测得的数据集被分配至变压器的纸绝缘中的缺陷的类别。

8.如权利要求4到7中的任一项所述的方法，其特征在于，

推导放电参数的步骤包括：

-产生一数据集，对于每一个所测量的脉冲，所述数据集包括与所测量的脉冲的振幅相关联的振幅参数的值以及相位参数的值，所述相位参数的值表示在测量所述脉冲的瞬时施加到所述电设备的交流电压的值；以及

-处理所述数据集以便将与所述数据集有关的部分放电的活动分配至与部分放电的源的本性相关联的一个或多个类别，这些类别是从下列类别中选出的：内部，表面以及电晕；

部分放电源的所分配的类别构成至少一个放电参数。

9.如权利要求8所述的方法，还包括：

推导在油(2)中的氢气的浓度，所述在油(2)中的氢气的浓度构成所述至少一个浓度参数，如果在油中的氢气浓度的值大于相应的参考值并且存在分配至电晕类别的部分放电的活动，则所测得的数据集被分配至由变压器的高压电极在油中产生的放电的类别。

10.如权利要求8或9所述的方法，还包括：

推导在油(2)中的氢气的浓度，所述在油(2)中的氢气的浓度构成所述至少一个浓度参数，如果在油中的氢气浓度的值大于相应的参考值并且存在分配至表面或电晕类别的部分放电的活动，则所测得的数据集被分配至在变压器内的浸渍不足的区域中的放电的类别。

11.如权利要求8到10中的任一项所述的方法，还包括：

推导在油(2)中的氢气的浓度，所述在油(2)中的氢气的浓度构成所述至少一个浓度参数，如果在油中的氢气浓度的值小于相应的参考值并且存在分配至表面或电晕类别的部分放电的活动，则所测得的数据集被分配至变压器中的油泡的类别。

12.如权利要求8到11中的任一项所述的方法，还包括：

推导在油(2)中的氢气的浓度，所述在油(2)中的氢气的浓度构成所述至少一个浓度参数，如果在油中的氢气浓度的值小于相应的第一参考值且大于相应的第二参考值并且存在被分配至表面或电晕类别的部分放电的活动，则所测得的数据集被分配至沿变压器绝缘的外表面产生的放电的类别，其中所述第二参考值小于所述第一参考值。

13.如上述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，

所述推导诊断指示的步骤包括：使用模糊推理引擎对至少一个浓度参数和至少一个放电参数进行操作以便推导出所述诊断指示。

14.如上述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，

测量在电设备的绝缘油中所溶解的气体的浓度的步骤包括如下步骤：

-准备气体可透过的膜(5)，所述膜(5)被插放在油(2)的容器(7)以及测量腔室(4)之间，所述测量腔室(4)接收穿过所述膜(5)的气体的一部分；

-在连续的测量瞬时对测量腔室(4)中的气体浓度的值进行多次测量，所述测量腔室(4)通过可穿透的膜(5)而与油容器分开；

-在从所述测量瞬时中选出的瞬时，根据在所选的测量瞬时以及在所选的测量瞬时之前的一个或多个测量瞬时所测得的值的非线性函数，来推导在油(2)中的气体浓度的值。

15.一种用于评估用油(2)使其绝缘的电设备(3)的绝缘状况的诊断装置(11)，所述诊断装置(11)配备有用于至少测量所述电设备(3)的绝缘油(2)中所溶解的气体的浓度的设备(1)，

其特征在于，所述诊断装置包括组合在一起的：

-用于测量与部分放电有关的电脉冲的模块(10)，所述部分放电发生在所述电设备(3)中并且产生所述脉冲；

-处理单元(12)，所述处理单元(12)连接到所述设备(1)并连接到用于测量部分放电的模块(10)，所述处理单元(12)还被设计成推导与气体浓度有关的至少一个浓度参数以及与部分放电有关的至少一个放电参数，并根据推导出的至少一个浓度参数的值以及推导出的至少一个放电参数的值的组合来推导关于所述电设备(3)的绝缘状况的诊断指示。

16.如权利要求15所述的装置，还包括：

标识模块，可连接到包含预定指示符的参考值的数据库，所述预定指示符的参考值与至少包括浓度和放电参数的数据集有关，所述参考值是产生部分放电的和/或溶解在油中的气体的预定源类别的特征，所述标识模块被编程为比较推导出的浓度和放电参数的值所构成的数据集以及所述数据库中的数据，从而将所述数据集分配至所述源类别中的一个或多个，由此标识用于产生部分放电和/或溶解在油中的气体的源的类型。

17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，

所述电设备是变压器，并且所述标识模块适于从产生部分放电和/或溶解在油中的气体的预定源类别的下述列表中标识一个或多个类别：

-变压器的过热；

-变压器的芯中的电弧；

-变压器的纸绝缘中的缺陷；

-由变压器的高压电极在油中产生的放电；

-在变压器内的浸渍不足的区域中的放电；

-油泡；

-沿变压器绝缘的外表面产生的放电。

18.如权利要求15到17中的任一项所述的装置，其特征在于，

所述设备(1)包括：

-气体可透过的膜(5)，所述膜(5)被插放在油(2)的容器(7)以及测量腔室(4)之间，所述测量腔室(4)接收穿过所述膜(5)的气体的一部分；

-安装在所述测量腔室(4)中的传感器(6)，用于测量在所述测量腔室(4)中的气体浓度的值；

-连接到所述传感器(6)的控制单元(8)，用于根据在所述测量腔室(4)中测得的值来推导在油中的气体浓度的估值，

其特征在于，所述控制单元(8)被设计成：

在连续的测量瞬时，对所述测量腔室(4)中的气体浓度的值进行多次测量，并且

在从所述测量瞬时中选出的瞬时，根据在所选的测量瞬时以及在所选的测量瞬时之前的一个或多个测量瞬时所测得的值的非线性函数，来计算在油中的气体浓度的估值。

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