CN107167450A - 变压器油中气体及微水在线检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变压器油中气体及微水在线检测系统，该系统采用真空恒温脱气技术和冷阱技术对变压器油进行油气分离，采用TDLAS技术、谐波检测技术等进行气体检测及微弱信号处理，采用微水检测技术对油中微水含量进行检测，设立定标模块使得系统具备自诊断、自定标的能力。结合故障判断系统和检测数据，分析判断变压器的状态信息，从而为变压器状态检修提供依据。本发明所提供的系统具有可进行多组分检测、响应快速、检测精度高、温度压强可修正、免维护等优点。
Description
技术领域
本发明属于精密检测仪器领域，具体涉及一种变压器油中气体及微水在线检测系统。
背景技术
变压器是否正常运行直接关系到电力系统电网的安全运行，因此，对变压器状态的监测变得尤为重要。变压器油中溶解气体的成分和含量能够有效地表征变压器内部的故障，使得对变压器状态的监测转变为对变压器油中气体成分和含量的研究。传统的检测手段是需要现场取样再拿回实验室进行分析，检测环节较多、检测周期长，无法实现在线实时监测。变压器油中溶解气体在线监测技术，即对变压器油中溶解气体的分离及检测技术，是变压器故障监测的最普遍的、最重要的技术之一，对提高变压器故障诊断的准确性和可靠性有着重要的意义。这一技术能有效地弥补实验室油样分析的不足，及时发现变压器内部潜伏性故障，监控变压器运行中油中气体变化规律。
随着油中溶解气体在线监测技术的不断发展，现有检测设备主要使用的技术，包括气相色谱法、傅里叶变换红外光谱法、光声光谱法等。气相色谱法对检测人员操作的熟练程度有着较高的要求，且分析速度受限于油气分离的时间，基线易漂移、色谱柱易受污染、信号无法重现、无法采用微弱信号处理技术、检测灵敏度低等问题导致这些技术仅限于检验室应用。光声光谱法对双原子分子(H2)无响应，对结构对称分子(如C2H2等)检测精度较低，高透过率的滤光片难以制备并且对油蒸汽污染敏感，环境适应能力差等，所以主要用于实验室做相关科研用。
现有设备及技术的上述固有缺陷，限制了其不能准确、快速地对变压器进行在线监测。
发明内容
为克服现有技术的变压器油中气体及微水在线检测系统的上述问题，经对大量的研究和反复实验，我们提供了一种新的变压器油中气体及微水在线检测系统，其采用了真空恒温脱气技术、冷阱技术、TDLAS技术和微水检测技术，可用于对变压器的实时在线监测。本发明的具体技术方案如下。
一种变压器油中气体及微水在线检测系统，其包括：
油气分离模块，用于通过真空恒温脱气技术实现变压器油中溶解气体的分离，向气体检测模块提供待测气体；
微水检测模块，用于测定变压器油、优选油气分离模块中油路中的变压器油中的微水含量，并将测定数据传输至数据采集处理模块；
气体检测模块，其包括信号模块、激光器控制和保护模块、激光器、吸收池、光电检测模块、谐波检测模块、滤波模块等，用于对油气分离模块提供的待测气体的各组分及浓度进行测定，并将检测数据传输至数据采集处理模块。气体检测模块采用TDLAS技术、谐波检测技术等进行气体检测及微弱信号处理。信号模块为激光器控制和保护模块及谐波检测模块提供了信号源，使得激光器在相应气体特征谱线附近波长调谐，光经由吸收池被气体选择性吸收后，透射光由光电检测模块接收，经谐波检测模块解调后再进行滤波，滤波后的信号携带了气体浓度的相关信息；
传感器模块，包含温度传感器、压力传感器、湿度传感器等传感器，用于对测量环境的温度、压力、湿度等参数进行检测，并将检测数据传输至数据采集处理模块，检测数据用于为油气分离模块及气体检测模块数据的定标和修正提供依据；
数据采集处理模块，用于将气体检测模块、微水检测模块和传感检测模块得到的信号进行采集，并对气体检测数据进行包括粗大误差剔除、周期平均、平滑滤波、背景扣除、干扰扣除、特征值提取、温度压强修正、最小二乘拟合、小波变换等在内的一系列数据处理后，得到气体组分的浓度信息；对微水检测模块的数据进行转换处理，得到变压器油中微水的含量；
定标模块，用于系统对气体检测数据进行定标，为数据采集处理模块的数据处理算法提供数据，以便分析处理数据，得到准确的检测数据；
数据分析判断模块，用于根据数据采集处理模块传输来的气体浓度及微水含量信息，进行变压器故障识别；再依据《变压器油中溶解气体分析和判断导则》国家标准比如DL/T722-2014中的特征气体法和气体含量比值法以及故障案例等建立的故障判断系统，分析判断出变压器的状态信息；
信息管理模块，用于监测系统日常工作状态，记录系统检测数据以及变压器历史状态信息，用来为变压器故障分析判断提供依据；
通信模块，即通信端，用于实现系统与主站端的通信，保证用户通过主站端实时观测变压器的状态信息，掌握变压器的历史状态信息，为变压器状态检修提供依据；
主控模块，用于对上述各模块进行控制，协调上述各模块实现各自功能，从而保障整个系统有序运作。
主控模块与上述这些模块间的连接、以及上述这些模块彼此之间的连接包括电连接和/或通信连接，而不仅仅限于电连接。通信连接包括有线连接和无线连接。比如采用无线通信连接时，可以实现对于在线检测系统的远程控制。
在一种实施方式中，上述油气分离模块是一种真空恒温油气分离系统，包括：油路循环单元，脱气室，冷阱，真空泵，电磁阀，排气口，控制单元，其中，油路循环单元与变压器相连，用于更新油路中的变压器油和油样采集；还通过电磁阀与脱气室相连，向脱气室中提供油样，并将脱气处理后的油样送回到变压器中；脱气室通过电磁阀与油路循环单元相连，用于对变压器油样进行真空恒温脱气处理、并回收油样；还通过电磁阀与冷阱相连，脱气室脱出的气体经过电磁阀、冷阱进入后端模块；冷阱通过电磁阀与所述脱气室相连，用于冷凝从脱气室中分离出来的气体中的高沸点组分，避免高沸点组分污染后端气体检测模块，影响检测结果；真空泵通过电磁阀与冷阱和脱气室相连，用于通过抽真空使冷阱、脱气室内部形成负压，为变压器油中溶解气体的分离提供分离环境；排气口是用于油气分离环境抽真空时气体的排出口、清洗系统后背景气的排出口以及分离出的气体完成检测时的排出口；主控模块与油路循环单元、真空泵、电磁阀、脱气室、冷阱相连接，用于控制油气分离系统的运行。
上述油路循环单元包括进油阀、进油管道、过滤器、恒温室、电磁阀、回油管道、油泵、回油阀。
上述油路循环单元中的恒温室用于保障油路中的变压器油恒温，使油样在预定温度下进入脱气室。
根据本发明的一个方面，上述脱气室上设有进油口并通过电磁阀与进油管道相连，设有出气口并通过电磁阀与冷阱相连，并在底部设有出油口通过电磁阀与回油管道相连。
优选地，脱气室的主体为圆柱体结构，内部中空，下部呈圆锥体状。在另一种实施方式中，脱气室主体为箱体结构。
上述脱气室可以设有温度传感器、压力传感器、液位传感器和恒温模块，其中温度传感器和压力传感器分别对脱气室的环境温度和压力进行监测；液位传感器用于对变压器油的采样量及变压器油回流量进行监测；恒温模块用于调节和控制脱气室温度，提供恒温环境，利于真空恒温脱气。
在一种实施方式中，上述冷阱由制冷模块和外部散热模块组成。
优选地，冷阱的底部通过电磁阀和脱气室连接，分离出来的气体中高沸点组分冷却后可通过脱气室的出油口排出。
在一种实施方式中，上述进油管道或者回油管道上还设有微水检测点，以供微水检测模块来测定变压器油中的微水含量。
上述气体检测模块中的吸收池又称气体吸收池，是一种小容积、短光程气体吸收池，结构简单、成本低、抗震性强、检测精度高，可适用于ppm级的痕量气体检测。其包括：用于将光源的光进行准直的光纤准直模块，用于对准直后通过腔体气室的光进行聚焦、并使聚焦光出射的聚焦模块，位于光纤准直模块和聚焦模块之间、用于引入和排出待测气体的腔体，其中，光纤准直模块包括光纤准直器、用于调节光路的精密调光结构、用于将精密调光结构与腔体一端密闭固定在一起的光纤准直模块固定端，其中光纤准直器的准直透镜端插入精密调光结构的中心通孔中并固定；聚焦模块上包括聚焦透镜、用于固定聚焦透镜并且与腔体另一端密闭固定在一起的聚焦模块固定端，该聚焦透镜的光轴与腔体气室的中心轴线、光纤准直模块的光轴重合；腔体的两端分别与光纤准直模块固定端和聚焦模块固定端密闭连接，腔体的中空部分是用于容纳待测气体的气室，准直后的光束通过气室传输到聚焦模块，其侧面设有进气口和出气口，并且在气室壁面比如在顶部设有连接孔比如螺孔和/或插孔用于安装至少一个传感器用来检测气室的温度和压力参数。光纤准直模块还可以包括光纤准直模块保护壳，用来罩住光纤准直器、精密调光结构、光纤准直模块固定端，保护这些部件不受外界环境及物体的影响。
在一种实施方式中，上述吸收池还包括用于固定光纤准直模块保护壳和腔体前端的第一支架，用于固定腔体后端的第二支架，第一支架和第二支架一起固定、支撑整个气体吸收池。
本发明的变压器油中气体及微水在线检测系统收集处理的检测数据是变压器实时状态的数据，气体、微水的检测结果真实地反映了实时状态的变压器的工作情况，由于检测结果及时、准确，这对于变压器运行状况的在线监测具有重要的指导意义。而且该系统具有可进行多组分检测、响应快速、检测精度高、温度压强可修正、免维护等优点。
附图说明
图1是根据本发明的一个变压器油中气体及微水在线检测系统的逻辑结构示意图。
图2是根据本发明的一个真空恒温油气分离模块实施例的结构示意图。
图3是根据本发明的一个气体吸收池实施例的结构示意图。
附图标记说明：1、变压器油中气体及微水在线检测系统；2、油气分离模块；22、油路循环单元；23、脱气室；24、真空泵；25、冷阱；28(包括281-289)、电磁阀；214、排气口；215、背景气入口；221、进油阀；222、进油管道；223、过滤器；224、恒温室；225、回油管道；226、油泵；227、回油阀；231、恒温模块；232、进油口；233、液位传感器；234,234’、温度传感器和/或压力传感器；235、出气口；236、出油口；3、传感器模块；4、微水检测模块；5、气体检测模块；51、信号模块；52、激光器控制和保护模块；53、激光器；54、吸收池；542、光纤准直模块；543、聚焦模块；544、腔体；5421、光纤准直器；5422、精密调光结构；5423、光纤准直模块固定端；5424、第一支架；5425、光纤准直模块保护壳；5431、聚焦透镜；5432、出光口；5433、聚焦模块固定端；5434、第二支架；5441、腔体气室；5442、进气口；5443、传感器；5444、螺栓；5445、出气口；55、光电检测模块；56、谐波检测模块；57、滤波模块；6、数据采集处理模块；61、数据采集模块；62、数据处理模块；63、气体浓度及油中微水含量信息；7、定标模块；8、数据分析判断模块；81、故障识别体系；82、故障判断体系；821、特征气体法；822、气体含量比值法；823、故障案例；83、变压器状态信息体系；9、信息管理模块；10、通信模块；11、变压器；12、主控模块。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的技术方案进行描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式；并且附图中所示的结构和逻辑关系仅仅是示意性的，并不代表实物。需要说明的是，基于本发明中的这些实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本发明中，术语“变压器油中气体”和“变压器油中溶解气体”表示相同的意义，可以互换使用。
为描述简便起见，在本发明中有时将“变压器油中气体及微水在线检测系统”简称为“在线检测系统”或者“系统1”，它们表示相同的意义，可以互换使用。
在本发明中，术语“油气分离模块”、“真空油气分离模块”和“真空恒温油气分离模块”表示相同的意义，可以互换使用。
在本发明中，术语“气体吸收池”和“吸收池”表示相同的意义，可以互换。
本文中，为描述简便起见，有时将“单元”称为“模块”，它们表示相同的意义，可以互换使用。
本文中，术语“前”表示沿着油路和气路运行次序或方向的上游关系，但并不意味着实际设备部件安装操作中的位置关系或连接关系。类似地，术语“后”、“上”、“下”等并不构成绝对的空间关系限制，只是一种相对的概念，这是本领域技术人员都能够理解的。
参见图1，变压器油中气体及微水在线检测系统1主要包括：油气分离模块2、传感器模块3、微水检测模块4、气体检测模块5、数据采集处理模块6、定标模块7、数据分析判断模块8、信息管理模块9、通信模块10和主控模块12等。以下分别描述这些模块。
真空恒温油气分离模块2
参见图2，本发明的真空恒温油气分离模块2主要包括：油路循环单元22，脱气室23，冷阱25，真空泵24，电磁阀28，排气口214。其中
油路循环单元22与变压器11相连，用于更新油路中的变压器油和油样采集；还通过电磁阀286、电磁阀287与脱气室23相连，向脱气室23中提供油样，并将脱气处理后的油样送回到变压器11中。油路更新能够保障油气分离模块2所采集的待进入脱气室23的恒温油样是实时状态的变压器油，因此气体检测结果真实地反映了实时状态的变压器11的工作情况，有利于在线监测变压器11的运行状况。
油路循环单元22包括依次连接的进油阀221、进油管道222、过滤器223、恒温室224、电磁阀281、回油管道225、油泵226、回油阀227。其中，油泵226用于驱使变压器油进行油路循环，变压器油依靠油泵226推动，经进油阀221进入进油管道222，经过滤器223、恒温室224后，通过电磁阀281进入回油管道225，再经回油阀227后流回到变压器11，完成油路更新，避免采集过时油样，保证采样正确。其中过滤器223用于过滤变压器油中的杂质，避免其进入管道及脱气室23；恒温室224用于对油样加热至预定温度，使油样恒温进到脱气室23。
油路循环能够保障油气分离模块2所采集的待进入脱气室23的油样是“实时(real-time)状态”下的变压器油，因此气体检测结果真实地反映了实时状态的变压器11工作情况，由于检测结果及时、准确，这对于变压器11运行状况的在线监测具有重要的指导意义。
上述油路循环单元22中的恒温室224用于保障油路中的变压器油恒温，使油样在预定温度下进入脱气室23，避免油样与脱气室23内部温度相差过大，利于油气分离的顺利进行。
需要说明的是，油路循环单元22中的这些装置的连接位置、顺序和数量并非是固定不变的。本领域技术人员可以根据实际需要调整它们的连接位置、顺序和数量，只要能实现油路循环单元2的功能、并且不显著降低其工作效率即可。比如过滤器223、恒温室224、电磁阀281、油泵226的位置、顺序和数量都是可调整的。
脱气室23通过电磁阀287与油路循环单元22相连，用于对变压器油样进行真空恒温脱气处理、并回收油样；还通过电磁阀282与冷阱25相连，向冷阱25提供气体；
脱气室23是对油样实施真空油气分离的装置。脱气室23的形状可以是任何适合于实现真空下气液分离、并利于回收残留液体的形状。在一种优选的实施方式中，脱气室23主体为圆柱体结构，内部中空，下部呈圆锥体状。在另一种实施方式中，上述脱气室23主体为箱体结构。
脱气室23上可设有进油口232并通过电磁阀286与进油管道222相连，设有出气口235并通过电磁阀282与冷阱25相连，并在底部设有出油口236通过电磁阀287与回油管道225相连。
脱气室23优选设有温度/压力传感器234,234’、液位传感器233和恒温模块231，其中温度传感器和压力传感器234,234’分别对脱气室23的环境温度和压力进行监测；液位传感器233用于对变压器油的采样量及变压器油回流量进行监测；恒温模块231用于调节和控制脱气室23温度从而提供恒温环境，利于真空恒温脱气。
脱气室23优选采用不锈钢材质。
冷阱25通过电磁阀282与脱气室23相连，用于冷凝从脱气室23中分离出来的气体中的高沸点组分。冷阱25还通过电磁阀283、284、285与后续气体检测模块5的吸收池54相连，以供待检测气体组分进入该吸收池54。由于阻挡了分离出的气体中高沸点组分，避免了对后续的气体检测模块5的吸收池54造成污染而影响检测准确性。
可选地，冷阱25底部电磁阀282与脱气室23连通以供分离出的气体中高沸点组分冷凝后排出，避免影响气体分离效率。
真空泵24通过电磁阀283、282与冷阱25和脱气室23相连，用于通过抽真空使冷阱25、脱气室23等内部形成负压，为变压器油中溶解气体的分离提供分离环境。
真空泵24还可通过电磁阀284、285与气体检测模块5的吸收池54相连，用于使该吸收池54内部形成负压，以供待检测气体进入该气体吸收池54。
排气口214是用于油气分离环境抽真空时气体的排出口、清洗系统后背景气的排出口以及分离出的气体完成检测时的排出口。
油气分离模块2还可以包含背景气入口215，与背景气模块(未图示)相连，给气体检测提供背景气。背景气还可以用于清洗油气分离模块2，以减小气体残留所带来的气体检测误差。
真空恒温油气分离系统2的工作流程简述如下：
初始状态，所有电磁阀28关闭，油泵226、真空泵24、冷阱25未启动。打开进油阀221、电磁阀281、油泵226、回油阀227，变压器油依靠油泵226驱动进入进油管道222，经过滤器223过滤，经恒温室224、电磁阀281进入回油管道225，经油泵226、回油阀227后回到变压器。借此油路循环单元22完成管道中变压器油的更新，此时采集的油样真实地代表此刻变压器11中变压器油的状况。油路循环完成后，关闭电磁阀281、油泵226。接着通过主控模块12控制恒温室224对其中变压器油加热到预定温度，与此同时打开真空泵24、电磁阀282、电磁阀283、电磁阀285、电磁阀288，对脱气室23、冷阱25、后端气体检测模块5中的吸收池54进行抽真空，此时可通过脱气室23上的温度和压力传感器234,234’来监测脱气室23的情况。抽真空完成后，打开连接背景气模块(未图示)的背景气入口215电磁阀289，通过背景气清洗脱气室23、冷阱25及后端气体检测单元的吸收池54。清洗完成后，关闭电磁阀289、电磁阀288、真空泵24、电磁阀282、电磁阀283、电磁阀285。打开冷阱25，开始制冷，直到冷阱25制冷达到预设温度，同时控制单元12控制脱气室23的恒温模块231进行加热，并通过温度/压力传感器234,234’反馈脱气室23的温度。当变压器油加热到预设温度，打开电磁阀286，变压器油依靠压差恒温进入脱气室23，液位传感器233可监测脱气室23的进油量，当油量到达预设量时，液位传感器233报警，关闭电磁阀286。油气平衡后，同时确保冷阱25达到预设温度，打开电磁阀282、电磁阀283，真空泵24、电磁阀284，脱气处理后的气体经由脱气室23的出气口235、电磁阀282、经冷阱25冷却、再经由电磁阀283、真空泵24、电磁阀284进入气体检测模块5的吸收池54，从而完成真空脱气过程。关闭电磁阀284、真空泵24、电磁阀283、电磁阀282，后端气体检测模块5可开始检测。同时，打开电磁阀287、油泵226、将脱气室23中的变压器油回流到变压器11中，可通过液位传感器233监测，当回流完成后，液位传感器233报警，关闭电磁阀287、油泵226。当气体检测模块5完成检测后，打开真空泵24、电磁阀285、电磁阀288，将后端气体检测模块5的吸收池54中气体通过排气口214排出，关闭电磁阀288、电磁阀285、真空泵24，油气分离模块2工作结束。
传感器模块3
传感器模块3包含温度传感器、压力传感器、湿度传感器等传感器，用于对测量环境的温度、压力、湿度等环境参数进行检测，并将检测数据传输至数据采集处理模块6，检测数据用于为油气分离模块2及气体检测模块5数据的定标和修正提供依据。
微水检测模块4
微水检测模块4用于测定变压器油中的微水含量，并将测定数据传输至数据采集处理模块6。
优选地，上述油路循环单元22中的进油管道222或者回油管道225中可以设置一个微水检测点228，以供微水检测模块来检测油样中微水的含量。由于所检测的油样是“实时状态”下的变压器油，因此微水检测结果真实地反映了实时状态的变压器11工作情况。
气体检测模块5
气体检测模块5主要包括信号模块51、激光器控制和保护模块52、激光器53、吸收池54、光电检测模块55、谐波检测模块56、滤波模块57等，用于对油气分离模块2提供的待测气体的各组分及浓度进行测定，并将检测数据传输至数据采集处理模块6。气体检测模块5采用TDLAS(可调谐半导体激光吸收光谱)技术、谐波检测技术等进行气体检测及微弱信号处理。信号模块51为激光器控制和保护模块52及谐波检测模块56提供了信号源，使得激光器53在相应气体特征谱线附近波长调谐，光经由吸收池54被气体选择性吸收后，透射光由光电检测模块55接收，经谐波检测模块56解调后再进行滤波，滤波后的信号携带了气体浓度的相关信息。
参见图3，本发明的吸收池54主要包括光纤准直模块542、聚焦模块543、腔体544这三个部分。其中光纤准直模块542用于将光源的光进行准直后入射至腔体544的气室5441内，以便供气室5441内的待测气体吸收。光纤准直模块542主要包括光纤准直器5421、用于调节光路从而使光束与下述聚焦透镜5431的光轴共轴的精密调光结构5422、用于将精密调光结构5422与腔体544一端(即前端)密闭固定在一起的光纤准直模块固定端5423。优选地，光纤准直模块542还包括光纤准直模块保护壳5425，该保护壳5425用来罩住光纤准直器5421、精密调光结构5422、光纤准直模块固定端5423，保护这些部件不受外界环境及物体的影响。在一种优选的实施方式中，为了支撑整个吸收池54、保持吸收池64的结构稳定性，光纤准直模块542还可以包括用于固定腔体544前端和光纤准直模块保护壳5425的第一支架5424。优选地，光纤准直器5421的准直透镜端插入精密调光结构5422的中心通孔中并固定。
光纤准直模块固定端5423上设有中心通孔，该中心通孔中可以固定有斜窗片，用来减小光学标准具干扰，保证气体检测准确性。
聚焦模块543主要包括聚焦透镜5431、用于固定聚焦透镜5431并且与腔体544另一端密闭固定在一起的聚焦模块固定端5433，该聚焦透镜5431的光轴与腔体气室5441中心轴线、光纤准直模块542的光轴重合。在一种优选的实施方式中，为了支撑整个吸收池54、保持吸收池54的结构稳定性，在腔体544后端还可以设置起固定作用的第二支架5434，第一支架5424和第二支架5434一起固定、支撑整个气体吸收池。聚焦模块固定端5433上设置有出光口5432(即聚焦透镜出射口5432)，聚焦透镜5431的光轴与腔体气室5441的中心轴线、光纤准直模块542的光轴重合。
腔体544的两端分别与光纤准直模块固定端5423和聚焦模块固定端5433密闭连接，腔体544的中空部分是用于容纳待测气体的气室5441，准直后的光束通过气室5441传输到聚焦模块543，气室5441侧面设有进气口5442和出气口5445，并且在气室壁面合适的部位比如在顶部设有连接孔比如螺孔和/或插孔用于安装至少一个传感器5443、优选两个以上传感器5443用来检测气室的温度和压力等参数，以便用来对检测结果进行修正。由于气室5441不需要安装用于多次反射光线的反射镜或反射镜组，使得气体吸收池54结构简单、易安装拆卸且多次安装拆卸并不会影响检测精度，这种无需反射镜或反射镜组的简单结构增强了气体吸收池54的抗震性和环境适应性，同时直通式、短光程的气室结构设计使得吸收池54的气室5441容积小，相应地减小了气体吸收池54的体积。这种简洁的结构也使得气体吸收池54的检修维护更加方便。
气体检测模块5对于变压器油中溶解气体的检测精度高，可达到ppm级。
数据采集处理模块6
数据采集处理模块6包括数据采集模块61、数据处理模块62。数据采集处理模块6包含数据采集电路，根据气体检测模块5及微水检测模块4得到的数据特征，结合周期平均、平滑滤波、背景扣除、特征值提取、温度压强修正、最小二乘拟合、小波变换等一系列数据处理方法，完成数据处理程序的设计。并且将得到的气体浓度及油中微水含量信息63传送到数据分析判断模块8和信息管理系统9。
定标模块7
定标模块7用于系统1对气体检测数据进行定标，为数据采集处理模块8的数据处理算法提供数据，以便分析处理数据，得到准确的检测数据；
数据分析判断模块8
数据分析判断模块8主要包括故障识别体系81、故障判断体系82、变压器状态信息体系83，其中故障判断体系82的信息分析包括特征气体法821、气体含量比值法822、故障案例823。
数据分析判断模块8用于根据数据采集处理模块6传输来的气体浓度及微水含量信息，进行变压器故障识别；再依据《变压器油中溶解气体分析和判断导则》国家标准比如DL/T 722-2014中的特征气体法和气体含量比值法以及故障案例等建立的故障判断系统，分析判断出变压器11的状态信息。
信息管理模块9
信息管理系统9用于监控系统1的日常工作状态，记录系统1的检测数据及变压器11的历史状态信息，为数据分析判断模块8提供依据，同时通过通信端10为用户提供检测结果，为变压器11状态检修提供依据。
通信模块10
通信模块10，即通信端，用于完成系统1与主站端的通信，保证用户通过主站端实时观测变压器11的状态信息83，掌握变压器11的历史状态信息，为变压器11状态检修提供依据。
主控模块12
主控模块12属于变压器油中气体及微水在线检测系统1的指挥控制中心，用于对上述各模块进行控制，协调上述各模块实现各自功能，从而保障整个系统1有序运作。
主控模块12与上述这些模块间的连接、以及上述这些模块彼此之间的连接包括电连接和/或通信连接，而不仅仅限于电连接。通信连接包括有线连接和无线连接。比如采用无线通信连接时，可以实现对于在线检测系统的远程控制。
本发明所提供的系统1能够对变压器油中气体进行多组分实时检测和分析，并对变压器油中微水含量进行实时检测，从而实现对变压器11状态的实时在线监测，具有多组分检测、响应快速、检测精度高、可对温度压强进行修正等优点，可以为变压器11状态维修提供可靠的依据。
需说明的是，在本文中的术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
以上实施例仅用以说明本发明专利的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明专利进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明专利各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种变压器油中气体及微水在线检测系统，其包括：
油气分离模块，用于通过真空恒温脱气技术实现变压器油中溶解气体的分离，向气体检测模块提供待测气体；
微水检测模块，用于测定变压器油中微水的含量，并将测定数据传输至数据采集处理模块；
气体检测模块，其包括信号模块、激光器控制和保护模块、激光器、吸收池、光电检测模块、谐波检测模块、滤波模块，用于对油气分离模块提供的待测气体的各组分及浓度进行测定，并将检测数据传输至数据采集处理模块；
传感器模块，包含温度传感器、压力传感器、湿度传感器，用于对测量环境的温度、压力、湿度进行检测，并将检测数据传输至数据采集处理模块，检测数据用于为油气分离模块及气体检测模块数据的定标和修正提供依据；
数据采集处理模块，用于将气体检测模块、微水检测模块和传感检测模块得到的信号进行采集，并对气体检测数据进行包括粗大误差剔除、周期平均、平滑滤波、背景扣除、干扰扣除、特征值提取、温度压强修正、最小二乘拟合、小波变换在内的一系列数据处理后，得到气体组分的浓度信息；对微水检测模块的数据进行转换处理，得到变压器油中微水的含量；
定标模块，用于系统对气体检测数据进行定标，为数据采集处理模块的数据处理算法提供数据，以便分析处理数据，得到准确的检测数据；
数据分析判断模块，用于根据数据采集处理模块传输来的气体浓度及微水含量信息，进行变压器故障识别；再依据《变压器油中溶解气体分析和判断导则》国家标准中的特征气体法和气体含量比值法以及故障案例建立的故障判断系统，分析判断出变压器的状态信息；
信息管理模块，用于监测系统日常工作状态，记录系统检测数据以及变压器历史状态信息，用来为变压器故障分析判断提供依据；
通信模块，即通信端，用于实现系统与主站端的通信，保证用户通过主站端实时观测变压器的状态信息，掌握变压器的历史状态信息，为变压器状态检修提供依据；
主控模块，用于对上述各模块进行控制，协调上述各模块实现各自功能，从而保障整个系统有序运作。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述油气分离模块包括：油路循环单元，脱气室，冷阱，真空泵，电磁阀，排气口，控制单元，其中，
所述油路循环单元与变压器相连，用于更新油路中的变压器油和油样采集；还通过电磁阀与脱气室相连，向所述脱气室中提供油样，并将脱气处理后的油样送回到变压器中；
所述脱气室通过电磁阀与所述油路循环单元相连，用于对变压器油样进行真空恒温脱气处理、并回收油样；还通过电磁阀与冷阱相连，脱气室脱出的气体经过冷阱进入后端模块；
所述冷阱通过电磁阀与所述脱气室相连，用于冷凝从所述脱气室中分离出来的气体中的高沸点组分，避免高沸点组分污染后端气体检测模块，影响检测结果；
所述真空泵通过电磁阀与冷阱和所述脱气室相连，用于通过抽真空使冷阱、脱气室内部形成负压，为变压器油中溶解气体的分离提供分离环境；
所述排气口是用于油气分离环境抽真空时气体的排出口、清洗系统后背景气的排出口以及分离出的气体完成检测时的排出口；
主控模块与油路循环单元、真空泵、电磁阀、脱气室、冷阱相连接，用于控制油气分离系统的运行。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述油路循环单元包括进油阀、进油管道、过滤器、恒温室、电磁阀、回油管道、油泵、回油阀。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述脱气室上设有进油口并通过电磁阀与进油管道相连，设有出气口并通过电磁阀与冷阱相连，并在底部设有出油口通过电磁阀与回油管道相连。
5.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述脱气室设有温度传感器、压力传感器、液位传感器和恒温模块，其中温度传感器和压力传感器分别对脱气室的环境温度和压力进行监测；液位传感器用于对变压器油的采样量及变压器油回流量进行监测；恒温模块用于调节和控制脱气室温度，提供恒温环境，利于真空恒温脱气。
6.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述冷阱由制冷模块和外部散热模块组成。
7.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述进油管道或者回油管道上设有微水检测点，以供微水检测模块来测定变压器油中的微水含量。
8.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述气体检测模块采用TDLAS(可调谐半导体激光吸收光谱)技术、谐波检测技术进行气体检测及微弱信号处理，其中信号模块用于接收主控模块传输的CPU指令，为激光器控制和保护模块、谐波检测模块提供信号源，使得激光器在相应气体特征谱线附近波长调谐，光经由吸收池被气体选择性吸收后，透射光由光电检测模块接收，经谐波检测模块解调后再进行滤波，滤波后的信号携带了气体浓度的相关信息。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述吸收池包括：用于将光源的光进行准直的光纤准直模块，用于对准直后通过腔体气室的光进行聚焦、并使聚焦光出射的聚焦模块，位于光纤准直模块和聚焦模块之间、用于引入和排出待测气体的腔体，其中，
所述光纤准直模块包括光纤准直器、用于调节光路的精密调光结构、用于将精密调光结构与腔体一端密闭固定在一起的光纤准直模块固定端，其中光纤准直器的准直透镜端插入精密调光结构的中心通孔中并固定；
所述聚焦模块上包括聚焦透镜、用于固定聚焦透镜并且与腔体另一端密闭固定在一起的聚焦模块固定端，该聚焦透镜的光轴与腔体气室的中心轴线、光纤准直模块的光轴重合；
所述腔体的两端分别与光纤准直模块固定端和聚焦模块固定端密闭连接，腔体的中空部分是用于容纳待测气体的气室，准直后的光束通过气室传输到聚焦模块，其侧面设有进气口和出气口，并且设有连接孔用于安装至少一个传感器用来检测气室的温度和压力参数。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述光纤准直模块还包括光纤准直模块保护壳，用来罩住光纤准直器、精密调光结构、光纤准直模块固定端，保护这些部件不受外界环境及物体的影响。
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