CN106680350B - 基于燃料电池油浸式大型变压器氢气含量测试系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于燃料电池油浸式大型变压器氢气含量测试系统，其特征在于：该系统包括大型变压器（1）、电磁阀(2)、电磁阀控制电路(3)、油泵(4)、过滤器(5)、氢气分离单元(6)、干燥剂(7)、气室(8)、氢气检测单元(9)、信号隔离单元(10)、信号放大器(11)、单片机(12)、显示屏(13)、显示驱动单元(14)、蜂鸣器(15)、打印机(16)、电磁继电器(17)、键盘(18)、通讯单元(19)和计算机(20)，具有结构简单、稳定性好、实用性强等优点。

Description

基于燃料电池油浸式大型变压器氢气含量测试系统及方法
技术领域
本发明属于电力变压器氢气含量测试技术领域，尤其涉及一种基于燃料电池油浸式大型变压器氢气含量测试系统。
背景技术
油浸式大型变压器的内部故障主要包括过热故障和放电性故障两种，在两种故障中都会产生氢气。由于键能较低，氢气还是各种故障时首先产生的气体。目前，油浸式大型变压器油中的氢气测试多采用钯栅场效应管或SnO2烧结型半导体进行，测试结果稳定性差、可靠性低，而且栅场效应管或SnO2烧结型半导体使用寿命短、零漂严重，限制了该技术的进一步推广和应用。
发明内容
发明目的：本发明提供一种基于燃料电池油浸式大型变压器氢气含量测试系统及方法，其目的是解决以往所存在的问题。
技术方案：
一种基于燃料电池油浸式大型变压器氢气含量测试系统，该系统包括大型变压器、电磁阀、电磁阀控制电路、油泵、过滤器、氢气分离单元、干燥剂、气室、氢气检测单元、信号隔离单元、信号放大器、单片机、显示屏、显示驱动单元、蜂鸣器、打印机、电磁继电器、键盘、通讯单元和计算机，其中大型变压器的油箱与电磁阀的流体输入端相连接，电磁阀的流体输出端与油泵的流体输入端相连接，油泵的流体输出端与过滤器的流体输入端相连接，过滤器的流体输出端与氢气分离单元的流体输入端相连接，氢气分离单元的氢气输出端经过干燥剂与气室的氢气输入单元相连接，气室的氢气输出端与氢气检测单元的氢气输入端相连接，氢气检测单元的信号输出端经过信号隔离单元与信号放大器的信号输入端相连接，信号放大器的信号输出端与单片机的信号输入端相连接，电磁阀控制电路的控制信号输入端与单片机的信号输出端相连接，电磁阀控制电路的控制信号输出端与电磁阀的控制信号输入端相连接，单片机的信号输出端经过电磁继电器后与油泵的控制信号输入端相连接，显示屏的信号输入端经过显示驱动单元后与单片机的信号输出单元相连接，蜂鸣器的信号输入单元与单片机的信号输出单元相连接，键盘的输出端与单片机的信号输入端相连接，计算机经过通讯单元与单片机的通讯接口相连接，打印机的信号输入单元与计算机的信号输出单元相连接。
电磁阀控制电路由第一电阻R1、第二电阻R2、三极管Q1、第三电阻R3、第四电阻R4、电源VCC、场效应管Q2、二极管D和接地端子GND组成，单片机12的输出信号Vi与第一电阻R1的一端相连接，电阻R1的另一端分别与第二电阻R2的一端及三极管Q1的基极相连接，第二电阻R2的另一端分别与接地端子GND及三极管Q1的发射极相连接，三极管Q1的集电极与第三电阻R3的一端相连接，第三电阻R3的另一端与第四电阻R4的一端及场效应管Q2的栅极相连接，第四电阻R4的另一端与电源VCC及场效应管Q2的漏极相连接，场效应管Q2的源极与电磁阀2的控制端Vo及二极管D的负极相连接，二极管D的正极与接地端子GND相连接。
气敏传感器通过临时夹紧装置设置在气罐的出气端，该临时夹紧装置包括支撑盒、上V形支撑卡、下V形支撑卡和调整螺杆；在支撑盒的两端设置有限位滑道，限位滑道为沿支撑盒长度方向设置的条形滑道；
上V形支撑卡包括上卡臂和上随动臂，上卡臂和上随动臂通过扭簧连接形成V形结构；下V形支撑卡包括下卡臂和下随动臂，下卡臂和下随动臂通过另一个扭簧连接形成V形结构； 两个扭簧均套在移动滚筒上，移动滚筒的中心设置有滚动轴，滚动轴的两端伸进限位滑道内并在使用时沿限位滑道移动；
上随动臂与下随动臂通过活动轴活动连接，活动轴连接带有螺纹的拉动杆，拉动杆沿与限位滑道垂直的方向穿过支撑盒并通过螺纹与支撑盒螺纹配合；
在上卡臂的上端设置有用于在垂直方向压住连接位置的垂直固定压片。
垂直固定压片为能相对于上卡臂做上下移动的结构，在固定压片的立杆低端连接有将固定压片向下压的弹性扭臂。
首先键盘18输入测试指令给单片机12，单片机12发送控制指令给电磁阀控制器3和电磁继电器17，电磁阀2打开，油泵4开始工作；其次大型变压器1的又通过电磁阀2、油泵4经过过滤器5进入到氢气分离单元6中，分离出来的氢气经过干燥剂7进入气室8，然后氢气与氢气检测单元9之间反应输出与其浓度成正比的电流信号，电流信号经过信号隔离单元10、信号放大单元11后发送给单片机12；最后单片机12根据氢气检测单元9的信号和电流大小与氢气浓度之间的关系计算氢气浓度，判断大型变压器1的运行状态，在显示屏13上显示氢气的浓度和大型变压器运行状态信息，在发生故障时蜂鸣器15进行报警。同时，将测试的数据经过通讯单元19发送给计算机20实现数据的存储和打印。
氢气检测单元9为采用燃料电池作为氢气检测传感器，燃料电池是由电解液所隔开的阴阳两极构成，氢气分离单元6分离的氢气在阳极被氧化，氢气、氧气经催化剂催化作用而反应，在电极之间产生电流，其电流的大小与氢气的浓度成正比。单片机12检测电流的大小进而可以计算出氢气的浓度，实现对大型变压器1油中氢气含量的测试。
氢气分离单元利用高分子膜的透气性，实现氢气与油的分离，分离的氢气在阳极被氧化，氧气由周围空气提供。
优点效果：
本发明提供一种基于燃料电池油浸式大型变压器氢气含量测试系统及方法，该系统采用氢气与氧气反应，整个过程中产生电流于氢气含量之间的关系的原理，具有结构简单、稳定性好、实用性强等优点。
附图说明：
图1基于燃料电池油浸式大型变压器氢气含量测试系统结构简图；
图2电磁阀控制电路结构图；
图3为临时夹紧装置的结构示意图；
图中：1、大型变压器；2、电磁阀；3、电磁阀控制电路；4、油泵；5、过滤器；6、氢气分离单元；7、干燥剂；8、气室；9、氢气检测单元；10、信号隔离单元；11、信号放大器；12、单片机；13、显示屏；14、显示驱动单元；15、蜂鸣器；16、打印机；17、电磁继电器；18、键盘；19、通讯单元；20、计算机。
具体实施方式：
本发明提供一种基于燃料电池油浸式大型变压器氢气含量测试系统及方法，基于燃料电池油浸式大型变压器氢气含量测试系统结构如图1所示，包括大型变压器1、电磁阀2、电磁阀控制电路3、油泵4、过滤器5、氢气分离单元6、干燥剂7、气室8、氢气检测单元9、信号隔离单元10、信号放大器11、单片机12、显示屏13、显示驱动单元14、蜂鸣器15、打印机16、电磁继电器17、键盘18、通讯单元19、计算机20，其中大型变压器1的油箱与电磁阀2的流体输入端相连接，电磁阀2的流体输出端与油泵4的流体输入端相连接，油泵4的流体输出端与过滤器5的流体输入端相连接，过滤器5的流体输出端与氢气分离单元6的流体输入端相连接，氢气分离单元6的氢气输出端经过干燥剂7与气室8的氢气输入单元相连接，气室8的氢气输出端与氢气检测单元9的氢气输入端相连接，氢气检测单元9的信号输出端经过信号隔离单元10与信号放大器11的信号输入端相连接，信号放大器11的信号输出端与单片机12的信号输入端相连接，电磁阀控制电路3的控制信号输入端与单片机12的信号输出端相连接，电磁阀控制电路3的控制信号输出端与电磁阀2的控制信号输入端相连接，单片机12的信号输出端经过电磁继电器17后与油泵4的控制信号输入端相连接，显示屏13的信号输入端经过显示驱动单元14后与单片机12的信号输出单元相连接，蜂鸣器15的信号输入单元与单片机12的信号输出单元相连接，键盘18的输出端与单片机12的信号输入端相连接，计算机20经过通讯单元19与单片机12的通讯接口相连接，打印机16的信号输入单元与计算机20的信号输出单元相连接。
电磁阀控制电路3如附图2所示，该电路单片机12的控制指令放大，用于控制电磁阀2的打开与关闭，进而实现大型变压器油的输出的有效控制。电磁阀控制电路3由第一电阻R1、第二电阻R2、三极管Q1、第三电阻R3、第四电阻R4、电源VCC、场效应管Q2、二极管D和接地端子GND组成，其中单片机12的输出信号Vi与第一电阻R1的一端相连接，第一电阻R1的另一端分别与第二电阻R2的一端及三极管Q1的基极相连接，第二电阻R2的另一端分别与接地端子GND及三极管Q1的发射极相连接，三极管Q1的集电极与第三电阻R3的一端相连接，第三电阻R3的另一端与第四电阻R4的一端及场效应管Q2的栅极相连接，第四电阻R4的另一端与电源VCC及场效应管Q2的漏极相连接，场效应管Q2的源极与电磁阀2的控制端Vo及二极管D的负极相连接，二极管D的正极与接地端子GND相连接。
气敏传感器6通过临时夹紧装置设置在气罐17的出气端，该临时夹紧装置包括支撑盒111、上V形支撑卡、下V形支撑卡和调整螺杆888；在支撑盒111的两端设置有限位滑道666，限位滑道666为沿支撑盒111长度方向设置的条形滑道；
上V形支撑卡包括上卡臂333和上随动臂333-1，上卡臂333和上随动臂333-1通过扭簧连接形成V形结构；下V形支撑卡包括下卡臂222和下随动臂222-1，下卡臂222和下随动臂222-1通过另一个扭簧444连接形成V形结构； 两个扭簧均套在移动滚筒上，移动滚筒的中心设置有滚动轴555，滚动轴555的两端伸进限位滑道666内并在使用时沿限位滑道666移动；
上随动臂333-1与下随动臂222-1通过活动轴777活动连接，活动轴777连接带有螺纹999的拉动杆888，拉动杆888沿与限位滑道666垂直的方向穿过支撑盒111并通过螺纹999与支撑盒111螺纹配合；
在上卡臂333的上端设置有用于在垂直方向压住连接位置的垂直固定压片000。
垂直固定压片000为能相对于上卡臂333做上下移动的结构，在固定压片000的立杆低端连接有将固定压片000向下压的弹性扭臂001。
该临时夹紧装置使用时，将拉动杆888向内旋拧（也就是图中的右上方向），使得上卡臂333与下卡臂222之间向外张开，然后将上卡臂333与下卡臂222分别置于被测装置的上表面和下表面，将传感器置于垂直固定压片000底部，然后反向旋拧动杆888，使得上卡臂333与下卡臂222之间向内收拢并逐渐夹紧被测物，使得传感器与被测物紧密接触完成操作，卸下或更换传感器时重复旋拧拉动杆888的动作即可。
弹性扭臂001保证压紧的弹性，使得压住构件处时形成软性压紧，一方面可以防止硬性压紧对构件的损坏，另一方面使得压紧更加紧密，防止由于卡臂的松动带来的脱落问题。
氢气检测单元9为系统的核心，采用燃料电池作为氢气检测传感器。燃料电池是由电解液所隔开的阴阳两极构成，氢气分离单元6（利用高分子膜的透气性，实现氢气与油的分离）分离的氢气在阳极被氧化（氧气由周围空气提供），氢气、氧气经催化剂催化作用而反应，在电极之间产生电流，其电流的大小与氢气的浓度成正比。单片机12检测电流的大小进而可以计算出氢气的浓度，实现对大型变压器1油中氢气含量的测试。
基于燃料电池油浸式大型变压器氢气含量测试系统工作过程描述：首先键盘18输入测试指令给单片机12，单片机12发送控制指令给电磁阀控制器3和电磁继电器17，电磁阀2打开，油泵4开始工作；其次大型变压器1的又通过电磁阀2、油泵4经过过滤器5进入到氢气分离单元6中，分离出来的氢气经过干燥剂7进入气室8，然后氢气与氢气检测单元9之间反应输出与其浓度成正比的电流信号，电流信号经过信号隔离单元10、信号放大单元11后发送给单片机12；最后单片机12根据氢气检测单元9的信号和电流大小与氢气浓度之间的关系计算氢气浓度，判断大型变压器1的运行状态，在显示屏13上显示氢气的浓度和大型变压器运行状态信息，在发生故障时蜂鸣器15进行报警。同时，将测试的数据经过通讯单元19发送给计算机20实现数据的存储和打印。

Claims (5)

1.一种基于燃料电池油浸式大型变压器氢气含量测试系统，其特征在于：该系统包括大型变压器（1）、电磁阀(2)、电磁阀控制电路(3)、油泵(4)、过滤器(5)、氢气分离单元(6)、干燥剂(7)、气室(8)、氢气检测单元(9)、信号隔离单元(10)、信号放大器(11)、单片机(12)、显示屏(13)、显示驱动单元(14)、蜂鸣器(15)、打印机(16)、电磁继电器(17)、键盘(18)、通讯单元(19)和计算机(20)，其中大型变压器（1）的油箱与电磁阀(2)的流体输入端相连接，电磁阀(2)的流体输出端与油泵(4)的流体输入端相连接，油泵(4)的流体输出端与过滤器(5)的流体输入端相连接，过滤器(5)的流体输出端与氢气分离单元(6)的流体输入端相连接，氢气分离单元(6)的氢气输出端经过干燥剂(7)与气室(8)的氢气输入单元相连接，气室(8)的氢气输出端与氢气检测单元(9)的氢气输入端相连接，氢气检测单元(9)的信号输出端经过信号隔离单元(10)与信号放大器(11)的信号输入端相连接，信号放大器(11)的信号输出端与单片机(12)的信号输入端相连接，电磁阀控制电路(3)的控制信号输入端与单片机(12)的信号输出端相连接，电磁阀控制电路(3)的控制信号输出端与电磁阀(2)的控制信号输入端相连接，单片机(12)的信号输出端经过电磁继电器(17)后与油泵(4)的控制信号输入端相连接，显示屏(13)的信号输入端经过显示驱动单元(14)后与单片机(12)的信号输出单元相连接，蜂鸣器(15)的信号输入单元与单片机(12)的信号输出单元相连接，键盘(18)的输出端与单片机(12)的信号输入端相连接，计算机(20)经过通讯单元(19)与单片机(12)的通讯接口相连接，打印机(16)的信号输入单元与计算机(20)的信号输出单元相连接；
电磁阀控制电路(3)由第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、三极管(Q1)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、电源(VCC)、场效应管(Q2)、二极管(D)和接地端子(GND)组成，单片机(12)的输出信号(Vi)与第一电阻(R1)的一端相连接，第一电阻(R1)的另一端分别与第二电阻(R2)的一端及三极管（Q1）的基极相连接，第二电阻（R2）的另一端分别与接地端子(GND)及三极管(Q1)的发射极相连接，三极管(Q1)的集电极与第三电阻(R3)的一端相连接，第三电阻(R3)的另一端与第四电阻（R4）的一端及场效应管(Q2)的栅极相连接，第四电阻(R4)的另一端与电源(VCC)及场效应管(Q2)的漏极相连接，场效应管(Q2)的源极与电磁阀(2)的控制端(Vo)及二极管(D)的负极相连接，二极管(D)的正极与接地端子(GND)相连接；
气敏传感器通过临时夹紧装置设置在气罐的出气端，该临时夹紧装置包括支撑盒（111）、上V形支撑卡、下V形支撑卡和拉动杆（888）；在支撑盒（111）的两端设置有限位滑道（666），限位滑道（666）为沿支撑盒（111）长度方向设置的条形滑道；
上V形支撑卡包括上卡臂（333）和上随动臂（333-1），上卡臂（333）和上随动臂（333-1）通过扭簧连接形成V形结构；下V形支撑卡包括下卡臂（222）和下随动臂（222-1），下卡臂（222）和下随动臂（222-1）通过另一个扭簧（444）连接形成V形结构； 两个扭簧均套在移动滚筒上，移动滚筒的中心设置有滚动轴（555），滚动轴（555）的两端伸进限位滑道（666）内并在使用时沿限位滑道（666）移动；
上随动臂（333-1）与下随动臂（222-1）通过活动轴（777）活动连接，活动轴（777）连接带有螺纹（999）的拉动杆（888），拉动杆（888）沿与限位滑道（666）垂直的方向穿过支撑盒（111）并通过螺纹（999）与支撑盒（111）螺纹配合；
在上卡臂（333）的上端设置有用于在垂直方向压住连接位置的垂直固定压片（000）。
2.根据权利要求1所述的一种基于燃料电池油浸式大型变压器氢气含量测试系统，其特征在于：垂直固定压片（000）为能相对于上卡臂（333）做上下移动的结构，在固定压片（000）的立杆低端连接有将固定压片（000）向下压的弹性扭臂（001）。
3.利用权利要求1所述的基于燃料电池油浸式大型变压器氢气含量测试系统所实施的测试方法，其特征在于：首先键盘（18）输入测试指令给单片机（12），单片机（12）发送控制指令给电磁阀控制电路（3）和电磁继电器(17)，电磁阀（2）打开，油泵（4）开始工作；其次大型变压器(1)的又通过电磁阀(2)、油泵(4)经过过滤器(5)进入到氢气分离单元(6)中，分离出来的氢气经过干燥剂(7)进入气室(8)，然后氢气与氢气检测单元(9)之间反应输出与其浓度成正比的电流信号，电流信号经过信号隔离单元(10)、信号放大器(11)后发送给单片机(12)；最后单片机(12)根据氢气检测单元(9)的信号和电流大小与氢气浓度之间的关系计算氢气浓度，判断大型变压器(1)的运行状态，在显示屏(13)上显示氢气的浓度和大型变压器运行状态信息，在发生故障时蜂鸣器(15)进行报警；同时，将测试的数据经过通讯单元(19)发送给计算机(20)实现数据的存储和打印。
4.根据权利要求3所述的测试方法，其特征在于：氢气检测单元(9)为采用燃料电池作为氢气检测传感器，燃料电池是由电解液所隔开的阴阳两极构成，氢气分离单元（6）分离的氢气在阳极被氧化，氢气、氧气经催化剂催化作用而反应，在电极之间产生电流，其电流的大小与氢气的浓度成正比；单片机(12)检测电流的大小进而可以计算出氢气的浓度，实现对大型变压器（1）油中氢气含量的测试。
5.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于：氢气分离单元（6）利用高分子膜的透气性，实现氢气与油的分离，分离的氢气在阳极被氧化，氧气由周围空气提供。
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