CN105067947A - 一种电力变压器设备状态的动态监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力变压器设备状态的动态监测系统，该系统包括自动动态校准单元、油循环机构、油气分离单元、气体检测单元和多级温度自动调节单元；所述自动动态校准单元连接气体检测单元，对检测实施自动动态校准；所述油循环机构控制被监测的油进行循环流动，将油送至油气分离单元；所述油气分离单元进行油中气体脱气，并将气体送往气体检测单元进行气体组分检测；所述的多级温度自动调节单元控制被监测的油温。本系统能够连续精确监测氢气、一氧化碳、甲烷、乙炔、乙烯、乙烷、二氧化碳、氧气、氮气。把它们安装到待监督的变压器上，以保证在早期阶段发现潜在的缺陷。从而减少非计划停运和事故危险。

Description

一种电力变压器设备状态的动态监测系统

技术领域

本发明涉及电力设备状态监测与故障诊断技术领域，具体地说是涉及一种用于变压器的在线监测系统。

背景技术

大型变压器作为电力生产和输送的主要设备，是整个变电系统的核心设备之一，其安全性能至关重要。由于诸多方面的原因，设备的恶性故障时有发生，一旦出现严重故障，必须停电检修，严重影响了电网的安全稳定运行，必将造成重大经济损失。因此，为确保大型变压器的安全运行，大型变压器的定期检修将被状态维护所替代，这也是今后变压器维护方式的发展方向。

变压器油色谱在线监测系统可对大型变压器进行状态实施在线监控，通过分析油中特征气体浓度，随时掌握设备的运行状态，及时发现和诊断其内部故障，并弥补实验室色谱分析方法不能及时迅速监测的缺憾，为实时掌握变压器的运行状态提供重要数据，从而提高设备的管理水平，因此是保证变压器及电网系统安全经济运行的重要手段。

变压器油色谱在线监测系统推广后，能够大幅度提高大型变压器的状态监测水平，由于油中溶解气体在线监测的重要意义，国内外都对此做过大量的研究开发工作。早期的技术一般是检测单组分氢气和测可燃气总量。使用气敏元件做传感器，该系统只能起报警作用，不能明确故障状况，作为故障的初期警报，不是真正意义上色谱在线。随着色谱分析技术和油气分离技术的发展，出现了可测量4-9种组分含量的色谱在线分析技术，油气分离采用薄膜渗透法，然后通过色谱柱分离，热导或氢焰检测器分析。该技术存在分析周期长，分析结果误差大等缺陷。

随着电力经济的快速发展，国内外对电力设备的安全运行给予了极大重视，对在线监测提出了更高的要求。当前该技术的发展趋势和方向是：

①能检测国标中规定的变压器油中全部九种组分，数据与试验室分析结果基本一致；

②具有智能专家诊断功能，能对各种数据进行分析和判断，监测变压器内部运行状态及故障发展趋势；

③分析周期短，能在几小时内检测一次；

④具有可移动式的动态监测及校准功能，并能够实现远程回传数据；

⑤性能稳定可靠。

发明内容

针对现有技术问题，本发明提供测试精确的一种电力变压器设备状态的动态监测系统。

本发明的技术方案如下：

一种电力变压器设备状态的动态监测系统，其特征在于：包括进油阀、回油阀、自动动态校准单元、油循环机构、油气分离单元、气体检测单元、多级温度自动调节单元和系统主机；所述自动动态校准单元连接气体检测单元，对检测进行自动动态校准；所述油循环机构控制被监测的变压器油进行循环流动，将油送至油气分离单元；所述油气分离单元进行油中气体脱气，并将气体送往气体检测单元进行气体组分检测；所述的多级温度自动调节单元控制被监测的变压器油的油温。所述自动动态校准单元包括标气瓶，标气瓶装载有校准混合标准气体，包括氢气、一氧化碳、甲烷、乙炔、乙烯、乙烷、二氧化碳、氧气、氮气；利用标气瓶的混合标准气体对变压器油分离出来的气体进行气体组分监测。

所述的一种电力变压器设备状态的动态监测系统还包括水分检测单元，水分检测单元设在油循环机构和油气分离单元之间。所述水分检测单元包括微量水分传感器。

所述自动动态校准单元能够根据用户设置的组分含量进行校准各种标准气体组分含量，能够按照用户的要求进行定期校准各种标准气体组分含量，以及能够根据实际监测结果选择动态校准的周期。

所述多级温度自动调节单元控制被监测的油温处于35±0.1℃范围。多级温度自动调节单元区别于单级温度的自动调节系统，它采用了至少3个升温元件和至少3个降温元件，共同完成温度的精确控制。

所述油循环机构包括电磁泵和流速控制组件。

所述油循环机构控制绝缘油从变压器流入监测系统和从监测系统流回变压器的速率为30ml/min。

所述油气分离单元使用了特氟隆管进行油气分离。此种材料能够有效的渗透绝缘油中的气体。

所述油气分离单元还包括气泡俘获系统，用于吸收监测过程中未使用完的气体，避免这些气体回灌入变压器。

所述气体检测单元包括等离子检测器。所述等离子检测器由电离室和放电室组成，两室之间有狭路相通。当在放电室内的两个高压电极上加以适量高压电后，两电极之间就会产生放电，待测气体各种组份将被电离形成各种离子，检测离子的放电水平，从而得到各种组分的精确含量。

相对于现有技术，本发明装置具有如下有益效果：

针对网内变电站重点变压器，安装一种本发明的监测装置后，相对于传统的离线监测，通过高精度的在线监测装置远传的数据，我们可以随时掌握在线监测分析油中特征气体浓度，随时可掌握设备的运行状态；系统能精确监测所有故障气体，把它们安装到待监测的变压器上，以保证在早期阶段发现潜在的缺陷。从而减少非计划停运和事故危险。具体有益效果包括以下方面：

(1)改变了变压器重症监测技术，彻底摆脱了仅能以频繁取样跟踪变压器异常的束缚，大幅降低了设备的运维成本。

(2)实现了九种特征气体的实时监测，打破了传统监测装置的最低检出限及检测种类局限，直接拓展了设备状态诊断的分析依据。

(3)开创了监测装置自动动态校准的新模式，避免了装置年久失效的被动局面，提升了装置现场应用的可靠性、持续性。

附图说明

图1为本发明的一种电力变压器设备状态的动态监测系统的原理图

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明：

一种电力变压器设备状态的动态监测系统，包括进油阀、回油阀、自动动态校准单元、油循环机构、油气分离单元、气体检测单元、多级温度自动调节单元和系统主机；所述自动动态校准单元连接气体检测单元，对检测进行自动动态校准；所述油循环机构控制被监测的变压器油进行循环流动，将油送至油气分离单元；所述油气分离单元进行油中气体脱气，并将气体送往气体检测单元进行气体组分检测；所述的多级温度自动调节单元控制被监测的变压器油的油温。所述自动动态校准单元包括标气瓶，标气瓶装载有校准混合标准气体，包括氢气、一氧化碳、甲烷、乙炔、乙烯、乙烷、二氧化碳、氧气、氮气；利用标气瓶的混合标准气体对变压器油分离出来的气体进行气体组分监测。

所述一种电力变压器设备状态的动态监测系统还包括水分检测单元，水分检测单元设在油循环机构和油气分离单元之间。所述水分检测单元包括微量水分传感器。

所述自动动态校准单元能够根据用户设置的组分含量进行校准各种标准气体组分含量，能够按照用户的要求进行定期校准各种标准气体组分含量，以及能够根据实际监测结果选择动态校准的周期。

所述多级温度自动调节单元控制被监测的油温处于35±0.1℃范围。多级温度自动调节单元区别于单级温度的自动调节系统，它采用了至少3个升温元件和至少3个降温元件，共同完成温度的精确控制。

所述油循环机构包括电磁泵和流速控制组件。

所述油循环机构控制绝缘油从变压器流入监测系统和从监测系统流回变压器的速率为30ml/min。

所述油气分离单元使用了特氟隆管进行油气分离。此种材料能够有效的渗透绝缘油中的气体。

所述油气分离单元还包括气泡俘获系统，用于吸收监测过程中未使用完的气体，避免这些气体回灌入变压器。

所述气体检测单元包括等离子检测器。所述等离子检测器由电离室和放电室组成，两室之间有狭路相通。当在放电室内的两个高压电极上加以适量高压电后，两电极之间就会产生放电，待测气体各种组份将被电离形成各种离子，检测离子的放电水平，从而得到各种组分的精确含量。

本发明系统的关键技术是高准确度和高精确度，要达成这个目的，其检测单元和被监测的循环流动的绝缘油，应运行在一个稳定的温度环境中，温度越稳定，检测效果越理想，因此，本系统设计了多级温度自动调节单元，包括了至少3级的温度控制，建立了一个独立的、恒定的温度环境，始终保持在+35°C±0.1℃，它不受外界环境影响，无论环境温度是-50℃还是+55℃，也不受油温影响，无论油温是-40℃还是+120℃；

本发明系统采用了自动动态校准技术，设备中的标气瓶装载了经认证的校准混合气体，该标气可溯源至NIST和IEC认证的MorganSchaffer(摩根公司)油检测实验室，系统自动使用这些标气进行自动校准，且校准过程是动态的，是可以根据测试的重复性和操作者对测试标准的不同而进行调整。

本发明的系统使用方法如下：

本发明的系统通过进油管和回油管连接到变压器，系统内的进油阀和回油阀处于打开状态，系统内的油循环机构控制着变压器油以恒定的速度流过系统；系统内的多级温度自动调节单元使通过的变压器油温度为基本稳定的数值，同时也保证系统的各个元器件都在恒定的温度环境下工作，以保证监测的准确性；绝缘油通过系统的油气分离单元时，油中溶解气体会被渗透出来，并送往气体检测单元进行气体组分检测，多余的气体会被俘获；同时，系统具有的水分检测单元，检测出油中水分含量；所有的监测数据，可以被存储在设备的主机中，可以用个人计算机下载这些数据，为用户提供变压器油中气体的在线监测数据。

本发明的系统能连续精确监测氢气、一氧化碳、甲烷、乙炔、乙烯、乙烷、二氧化碳、氧气、氮气。将其灵活安装至待监测的变压器上，以发现潜伏性的缺陷。从而减少非计划停运和事故危险。

本发明系统能够检测常见的七种故障气体外，还可以检测氧气、氮气，供技术人员分析参考。主要检测范围如下：

以下表格显示了本发明一种电力变压器设备状态的动态监测系统和离线色谱数据的对比。表1为某220kV变电站1号主变压器，2014年1月至4月部分离线色谱数据，表2为同上变压器，2014年4月13日至4月17日使用本发明系统的在线色谱数据

表1离线色谱数据

表2本发明系统的在线色谱数据

续表2本发明系统的在线色谱数据

根据上述表1和表2比较，可以得出如下分析结论：

1)通过在线监测系统的数据，我们可以随时掌握在线监测分析油中特征气体浓度，随时可掌握设备的运行状态，这相对于传统的离线监测，实验室分析来说，具备明显的实时性和成本经济优势，之前传统的离线监测实验室的数据是非常的少的，这不利于及时掌握变压器的运行状态；

2)上述数据证明，系统与试验室色谱数据对比比较吻合，且数据重复性较好，重复性好是系统是否值得信赖的基本特征；

3)本发明监测系统的监测范围广，且对气体组分的分辨率要小，快速发现变压器系统的状态变化，真正做到明察秋毫。

Claims (9)

1.一种电力变压器设备状态的动态监测系统，其特征在于：包括进油阀、回油阀、自动动态校准单元、油循环机构、油气分离单元、气体检测单元、多级温度自动调节单元和系统主机；所述自动动态校准单元连接气体检测单元，对检测进行自动动态校准；所述油循环机构控制被监测的变压器油进行循环流动，将油送至油气分离单元；所述油气分离单元进行油中气体脱气，并将气体送往气体检测单元进行气体组分检测；所述的多级温度自动调节单元控制被监测的变压器油的油温。所述自动动态校准单元包括标气瓶，标气瓶装载有校准混合标准气体，包括氢气、一氧化碳、甲烷、乙炔、乙烯、乙烷、二氧化碳、氧气、氮气；利用标气瓶的混合标准气体对变压器油分离出来的气体进行气体组分监测。

2.如权利要求1所述的一种电力变压器设备状态的动态监测系统，其特征在于：还包括水分检测单元，水分检测单元设在油循环机构和油气分离单元之间。所述水分检测单元包括微量水分传感器。

3.如权利要求1所述的一种电力变压器设备状态的动态监测系统，其特征在于：所述自动动态校准单元能够根据用户设置的组分含量进行校准各种标准气体组分含量，能够按照用户的要求进行定期校准各种标准气体组分含量，以及能够根据实际监测结果选择动态校准的周期。

4.如权利要求1所述的一种电力变压器设备状态的动态监测系统，其特征在于：所述多级温度自动调节单元控制被监测的油温处于35±0.1℃范围。

5.如权利要求1所述的一种电力变压器设备状态的动态监测系统，其特征在于：所述油循环机构包括电磁泵和流速控制组件。

6.如权利要求1所述的一种电力变压器设备状态的动态监测系统，其特征在于：所述油循环机构控制绝缘油从变压器流入监测系统和从监测系统流回变压器的速率为30ml/min。

7.如权利要求1所述的一种电力变压器设备状态的动态监测系统，其特征在于：所述油气分离单元使用了特氟隆管进行油气分离。

8.如权利要求1所述的一种电力变压器设备状态的动态监测系统，其特征在于：所述油气分离单元还包括气泡俘获系统，用于吸收监测过程中未使用完的气体，避免这些气体回灌入变压器。

9.如权利要求1所述的一种电力变压器设备状态的动态监测系统，其特征在于：所述气体检测单元包括等离子检测器。