CN103675139A - 一种风电专用箱式变电站用油色谱在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电网领域的一种风电专用箱式变电站用油色谱在线监测系统，包括油色谱采样系统和主控计算机；油色谱采样系统包括依次连接的，对变压器用油进行循环取样的取样装置，对变压器用油中的故障气体进行分离的脱气装置，对故障气体中各种特征气体按组分进行分离的色谱柱，以及对特征气体进行响应，并按特征气体的种类和浓度转换成为不同频率和强度电信号的气敏传感器，以及将电信号转换成为数字信号的数据处理器；主控计算机连接数据处理器，定时从数据处理器上读取数字信号，计算变压器用油中的故障气体中各种特征气体的含量和总烃含量，并判断风电专用箱式变电站的故障类型和故障部位。本发明还公开了电网领域的一种风电专用箱式变电站用油色谱在线监测方法。

Description

一种风电专用箱式变电站用油色谱在线监测系统

技术领域

本发明涉及输变电领域的一种风电专用箱式变电站用油色谱在线监测系统和方法。 

背景技术

我国电力行业正在向大机组、大容量、高电压等级电网发展，其对电力安全、经济运行提出了更高要求。电力高压设备是电网稳定可靠运行的关键，其对保障社会正常生产和企业正常运行具有重要意义。高电压、大容量的电力变压器是输变电系统中最关键的设备，在实际运行中会受到电、热、机械、环境等各种因素的影响，绝缘性能劣化，安全性能下降，甚至导致大面积停电事故，因此，对电力高压设备进行必要的监测，保证其稳定运行，对电力系统运行的可靠性，安全性具有重要意义。 

我国对110KV及以上电压等级的主变压器强制要求做油色谱试验，而对于现在大力发展的清洁能源—35KV的风力发电专用箱式变压器没有强制要求。但是在实际使用过程中经常发现35kV箱式变压器存在油色谱超标，影响风电场系统的正常运行。然而风力发电场地处偏远，很难进行油色谱现场检测。 

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种风电专用箱式变电站用油色谱在线监测系统及方法，其能对风电专用箱式变电站运行状况进行远程实时监控，及时判断风电专用箱式变电站的和故障类型、故障部位，确保风电专用箱式变电站的安全运行，提高了系统电网的可靠性。 

实现上述目的的一种技术方案是：一种风电专用箱式变电站用油色谱 在线监测系统，包括油色谱采样系统和主控计算机； 

所述油色谱采样系统包括依次连接的，对风电专用箱式变电站的变压器用油进行循环取样的取样装置，对溶解在所述变压器用油中的故障气体进行分离的脱气装置，对所述故障气体中各种特征气体按组分进行分离的色谱柱，以及对所述色谱柱分离出的特征气体进行响应，并按所述特征气体的种类和浓度转换成为不同频率和强度电信号的气敏传感器，以及将所述电信号转换成为数字信号的数据处理器； 

所述主控计算机通过现场通讯数据总线连接所述数据处理器，定时从所述数据处理器上读取数字信号，计算所述风电专用箱式变电站的变压器用油中的故障气体中各种特征气体的含量，以及总烃含量，并判断所述风电专用箱式变电站的故障类型和故障部位。 

进一步的，所述色谱柱配备一个载气气源。 

进一步的，所述数据处理器内置存储器，所述数字信号存储在所述存储器中，所述主控计算机从所述存储器中读取所述的数字信号。 

进一步的，所述主控计算机配备RS485接口，所述主控计算机通过所述RS485接口连接所述的现场通讯数据总线。 

实现上述技术效果的另一种技术方案是：一种风电专用箱式变电站用油色谱在线监测方法，包括下列步骤： 

取样步骤：对风电专用箱式变电站的变压器用油进行循环取样； 

脱气步骤：将溶解在所述变压器用油中的故障气体从所述变压器用油中分离出来； 

气相色谱分析步骤：将分离出来的故障气体导入色谱柱，用所述色谱柱将所述故障气体中的各种特征气体逐一分离出来；再由气敏传感器对所述色谱柱分离出来的特征气体按照浓度和种类，转化成为不同强度和频率的电信号；再将所述的电信号转变成为数字信号； 

数据处理步骤：主控计算机采集所述数字信号，计算出故障气体中各种特征气体的浓度，以及总烃的含量，判断特所述征气体的种类，浓度及浓度变化趋势，对风电专用箱式变电站故障类型、故障部位进行诊断。 

进一步的，气相色谱分析步骤中，所述的故障气体在载气推动下进入 所述色谱柱。 

再进一步的，所述载气为氢气、氧气或氮气中的一种。 

再进一步的，气相色谱分析步骤中通过数据处理器将所述的电信号转变成为数字信号，并存储在内置于所述数据处理器的存储器中。 

更进一步的，所述主控计算机通过现场数据通信总线从所述数据处理器的存储器上获取数据信号。 

采用了本发明的一种风电专用箱式变电站用油色谱在线监测系统的技术方案，即通过取样装置对风电专用箱式变电站的变压器用油进行取样，通过脱气装置分离出变压器用油中的故障气体，通过色谱柱对故障气体中的特征气体按种类进行分离，由气敏传感器对特征气体按种类和浓度进行响应，转化成不同频率和强度电信号，由数据处理器将电信号转换成数字信号，再由主控计算机根据数字信号确定风电专用箱式变电站故障类型、故障部位的风电专用箱式变电站用油色谱在线监测系统的技术方案。其技术效果是：实现风电专用箱式变电站的故障远程进行在线监测分析、对故障类型、故障部位进行诊断，并可向检修人员提供分析结果并给出检修建议，确保风电专用箱式变电站变压器的运行处于实时监测和控制中，保证了风电专用箱式变电站的安全运行，提高了系统电网的可靠性。本发明的一种风电专用箱式变电站用油色谱在线监测方法的技术方案也能实现上述技术效果。 

附图说明

图1为本发明的一种风电专用箱式变电站用油色谱在线监测系统的结构图。 

图2为本发明的一种风电专用箱式变电站用油色谱在线监测方法的流程图。 

具体实施方式

请参阅图1和图2，本发明的发明人为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例，并结合附图进行详细地说明： 

请参阅图1，本发明提供了一种风电专用箱式变电站用油色谱在线监测系统，尤其是一种35kV风电专用箱式变电站用油色谱在线监测系统。 

本发明提供了一种风电专用箱式变电站用油色谱在线监测系统的原理是：风电专用箱式变电站中的变压器目前几乎都是通过变压器用油来绝缘和散热，变压器用油与变压器用油中固体有机绝缘材料在运行电压下因电，热，氧化和局部电弧等各种因素作用下会逐渐变质，裂解成低分子的故障气体；变压器内部存在的潜伏性过热和放电故障又会加快故障气体的生成速度，随着故障的缓慢发展，裂解出来的故障气体形成泡，在变压器用油中经过对流，扩散作用，就会不断地溶解在变压器用油中。同一性质的故障，其产生的故障气体的组分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，可以作为反映电气设备异常的特征量。 

本发明的一种风电专用箱式变电站用油色谱在线监测系统包括依次取样装置11，取样装置11连接风电专用箱式变电站，用于对风电专用箱式变电站中的变压器用油进行取样。脱气装置12，脱气装置12连接取样装置11，取样装置11内的变压器用油，通过脱气装置12，将溶解在变压器用油中故障气体从变压器用油进行分离出来，经过脱气装置12脱气的变压器用油，又经回流到风电专用箱式变电站。因此风电专用箱式变电站与取样装置11之间形成循环，使取样装置11对风电专用箱式变电站内的变压器用油循环取样。 

色谱柱13连接脱气装置12，脱气装置12分离出的故障气体，进入色谱柱13后，色谱柱13对故障气体中的不同特征气体具有不同的亲和作用，色谱柱13将故障性气体中的特征气体逐一分离。溶解于变压器用油中的故障气体在载气的推动下通过色谱柱13。因此色谱柱13通常要配备一个载气气源（图中未显示）来提供载气。一般的载气为氢气、氧气、氮气等。 

色谱柱13连接一个气敏传感器14，气敏传感器14的作用在于：按照色谱柱13对故障气体中各种特征气体进行分离的顺序，即按故障气体中各种特征气体的特征峰的出峰顺序，对故障气体中各种特征气体的种类和浓度分别进行检测，并将故障气体中各种特征气体的浓度，转换成不同频率和强度的电信号。故障气体中某种特征气体的浓度越高，电信号就越强。 

气敏传感器14连接数据处理器15，数据处理器15将气敏传感器14产生的电信号进行转化数字信号，并存储在内置于数据处理器15的存储器151中。气敏传感器14和数据处理器15确保测量数据真实可靠，同时数据处理器15能控制气敏传感器14连续测量溶解在变压器用油中的故气体中的各种特征气体的浓度，能充分保证在线监测的适时性要求。 

取样装置11、脱气装置12、色谱柱13、气敏传感器14和数据处理器15组成了本发明的一种风电专用箱式变电站用油色谱在线监测系统中油色谱采样系统1。 

主控计算机2内置RS485模块，所述RS485模块，通过现场通讯数据总线连接数据采集系统1中的数据处理器15，从数据处理器15的存储器151上获取日常监测的数字信号。主控计算机2通过现场通讯数据总线，实现对风电专用箱式变电站的油色谱数据在线监测。 

主控计算机2通过内置的专家系统，对写入存储器151的数字信号进行综合分析诊断。所述的专家系统根据存储器151中存储的数字信号，分别计算出故障气体中各种特征气体的浓度，以及总烃的含量，通过智能谱峰识别和基线自动跟踪等先进技术，进行故障诊断，判断特征气体的种类，浓度及变化趋势，实现风电专用箱式变电站，尤其是其中变压器的故障远程进行在线监测分析，对故障类型和故障部位进行诊断。主控计算机2根据设备运行状况、故障类型、故障可能部位向运行、检修人员提供分析结果并给出检修建议，确保风电专用箱式变电站，尤其是其中的变压器的运行处于实时监测和控制中，保证了风电专用箱式变电站的安全运行，提高了系统电网的可靠性。 

本发明还提供了一种风电专用箱式变电站的油色谱在线监测系统方法，包括 

取样步骤：对风电专用箱式变电站中变压器用油进行循环取样。 

脱气步骤：将溶解在变压器用油中的的故障气体从变压器用油中分离出来。这个过程通常要通过脱气装置12来实现。 

气相色谱分析步骤：将分离出来的故障气体导入色谱柱13，用色谱柱13将故障气体中的各种特征气体逐一分离出来。再由气敏传感器14对色 谱柱13分离出来的各种特征气体，依照色谱柱13分离的顺序逐一响应，将各种特征气体按照浓度和种类，转化成为不同强度和频率的电信号。特征气体种类不同，其产生电信号的频率不同，特征气体的浓度越高，其产生的电信号的频率越强。一般来说，气敏传感器14采集到的电信号要通过数据处理器15转变成为数字信号，并将数字信号存储在内置于数据处理器15的存储器151中。 

数据处理步骤：主控计算机2采集存储器151中的数字信号，通过内置的专家系统对写入存储器151的数字信号进行远程综合分析诊断。所述的专家系统根据存储器151中存储的数字信号，通过智能谱峰识别和基线自动跟踪等先进技术，分别计算出故障气体中各种特征气体的浓度，以及总烃的含量，判断特征气体的种类，浓度及变化趋势，对风电专用箱式变电站进行故障诊断，实现风电专用箱式变电站，尤其是其中变压器的故障远程进行在线监测分析，对故障类型和故障部位进行诊断。主控计算机2根据设备运行状况，故障类型和故障可能部位向运行，检修人员提供分析结果并给出检修建议。 

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。 

Claims (9)

1.一种风电专用箱式变电站用油色谱在线监测系统，其特征在于：包括油色谱采样系统和主控计算机；

所述油色谱采样系统包括依次连接的，对风电专用箱式变电站的变压器用油进行循环取样的取样装置，对溶解在所述变压器用油中的故障气体进行分离的脱气装置，对所述故障气体中各种特征气体按组分进行分离的色谱柱，以及对所述色谱柱分离出的特征气体进行响应，并按所述特征气体的种类和浓度转换成为不同频率和强度电信号的气敏传感器，以及将所述电信号转换成为数字信号的数据处理器；

所述主控计算机通过现场通讯数据总线连接所述数据处理器，定时从所述数据处理器上读取数字信号，计算所述风电专用箱式变电站的变压器用油中的故障气体中各种特征气体的含量，以及总烃含量，并判断所述风电专用箱式变电站的故障类型和故障部位。

2.根据权利要求1所述的一种风电专用箱式变电站用油色谱在线监测系统，其特征在于：所述色谱柱配备一个载气气源。

3.根据权利要求1所述的一种风电专用箱式变电站用油色谱在线监测系统，其特征在于：所述数据处理器内置存储器，所述数字信号存储在所述存储器中，所述主控计算机从所述存储器中读取所述的数字信号。

4.根据权利要求1所述的一种风电专用箱式变电站用油色谱在线监测系统，其特征在于：所述主控计算机配备RS485接口，所述主控计算机通过所述RS485接口连接所述的现场通讯数据总线。

5.一种风电专用箱式变电站用油色谱在线监测方法，包括下列步骤：

取样步骤：对风电专用箱式变电站的变压器用油进行循环取样；

脱气步骤：将溶解在所述变压器用油中的故障气体从所述变压器用油中分离出来；

气相色谱分析步骤：将分离出来的故障气体导入色谱柱，用所述色谱柱将所述故障气体中的各种特征气体逐一分离出来；再由气敏传感器对所述色谱柱分离出来的特征气体按照浓度和种类，转化成为不同强度和频率的电信号；再将所述的电信号转变成为数字信号；

数据处理步骤：主控计算机采集所述数字信号，计算出故障气体中各种特征气体的浓度，以及总烃的含量，判断特所述征气体的种类，浓度及浓度变化趋势，对风电专用箱式变电站故障类型、故障部位进行诊断。

6.根据权利要求5所述的一种风电专用箱式变电站用油色谱在线监测方法，其特征在于：气相色谱分析步骤中，所述的故障气体在载气推动下进入所述色谱柱。

7.根据权利要求6所述的一种风电专用箱式变电站用油色谱在线监测方法，其特征在于：所述载气为氢气、氧气或氮气中的一种。

8.根据权利要求5所述的一种风电专用箱式变电站用油色谱在线监测方法，其特征在于：气相色谱分析步骤中通过数据处理器将所述的电信号转变成为数字信号，并存储在内置于所述数据处理器的存储器中。

9.根据权利要求8所述的一种风电专用箱式变电站用油色谱在线监测方法，其特征在于：所述主控计算机通过现场数据通信总线从所述数据处理器的存储器上获取数据信号。

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