CN109900644A - 一种少组分变压器油气在线监测装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种少组分变压器油气在线监测装置，包括脱气模块、电化学模块、光声模块、温控模块、控制模块，所述脱气模块包括进油接口、循环油泵、脱气膜管、出油接口；所述电化学模块包括电化学传感器池体、H2传感器、CO传感器、C2H4传感器；所述光声模块包括光声池、麦克风、锁相放大器、调制发生器、乙炔光源；所述温控模块包括热电偶、加热元件、温度控制器；本发明还提供一种基于上述装置的监测方法，结合了电化学和光声光谱两种气体检测方法，利用特定阀控流程将膜管脱出的气体先后送入两个检测池，以分别进行气体检测。本发明可以很好的满足中小型固定或车载移动式变压器的监测需求，既提高了检测准确度和稳定性，又降低了成本。
Description
技术领域
本发明属于电力二次设备在线监测系统领域，具体涉及一种少组分变压器油气在线监测装置和方法。
背景技术
随着电力需求的快速增加和电力系统快速发展，对电力设备进行监测分析以消除设备的安全隐患和故障诊断提出更多的要求。变压器作为电力系统里的关键设备，为保证变压器的稳定运行，需要对其运行状态进行必要的监测，以及时发现其潜伏故障并及时检修。
变压器绝缘油中故障气体含量组成以及变化情况很大程度的反映了变压器的运行状态，油中溶解气体分析已成为分析变压器内部潜伏故障的有效手段。变压器油在热或电的作用下会分解生成H2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、CO、CO2等小分子气体。不同的故障类型会产生不同种类的气体，因此可以通过分析油中气体的组成来推断变压器故障类型。热故障主要产生CH4、C2H4等，而电故障主要产生C2H2、H2。其中C2H2气体含量尤其能体现出变压器故障类型和程度，少量C2H2气体的产生即预示着变压器重大潜在故障，故对C2H2的检测要求要严格得多。
现有的在线监测系统如使用色谱方法或电化学方法大多存在诸如检测周期过长，无法获得单一气体含量，寿命短，成本高，体积大，存在交叉干扰以及温度漂移严重等问题。另外考虑到经济实用的问题，对于中小型变压器(110kV及以下)，并不需要对所有故障气体进行分析，而只需对关键性特征性气体进行检测。常规的少组分监测系统只能给出氢气和还原性气体的总量，对于故障诊断又明显不足。由此需要一种能分别准确定量氢气、乙炔等重要组分含量的少组分变压器油气在线监测系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种少组分变压器油气在线监测装置和方法，以解决上述背景技术中提出的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种少组分变压器油气在线监测装置,包括脱气模块、电化学模块、光声模块、温控模块、控制模块；所述脱气模块包括进油接口，所述进油接口通过循环油泵与脱气膜管连接，且脱气膜管的另一端设置有出油接口；所述电化学模块包括电化学传感器池体，且电化学传感器池体内设置有H2传感器、CO传感器、C2H4传感器，所述光声模块包括光声池，且光声池通过麦克风与锁相放大器连接，所述锁相放大器的一端与调制发生器连接，且调制发生器的一端与乙炔光源连接；所述温控模块包括热电偶和加热元件，且热电偶和加热元件均与温度控制器连接。
作为对上述技术方案的进一步改进，所述脱气膜管与电化学传感器池体通过管线连接，且管线上设置有循环气泵、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀。
作为对上述技术方案的进一步改进，所述光声池分别与第一电磁阀、第二电磁阀连接。
作为对上述技术方案的进一步改进，所述脱气膜管为陶瓷复合膜管。
作为对上述技术方案的进一步改进，所述第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀均为两位三通电磁阀。
本发明还提供一种少组分变压器油气在线监测方法，包括以下步骤：
A1：启动设备，温度控制模块工作，保持温度恒定；
A2：第一电磁阀和第二电磁阀直通，第三电磁阀和第四电磁阀侧通，启动气泵吹扫光声池，第一电磁阀和第二电磁阀侧通，第三电磁阀和第四电磁阀侧通吹扫电化学池，然后关闭气泵；
A3：启动光声模块采集背景信号作为光声系统的工作零点；启动电化学模块采集电化学信号作为电化学传感器工作零点；零点采集完成后关闭光声模块和电化学模块；
A4：启动循环油泵，变压器油在循环油泵作用下循环并在脱气膜管内进行脱气，达到油气平衡后关闭循环油泵；
A5：第一电磁阀和第二电磁阀直通，第三电磁阀和第四电磁阀直通，启动循环气泵将脱出的气体送入光声池，然后关闭循环气泵启动光声模块检测C2H2气体；第一电磁阀和第二电磁阀侧通，第三电磁阀和第四电磁阀直通，启动循环气泵将脱出的气体送入电化学传感器池体，然后关闭循环气泵启动电化学模块检测H2、CO、C2H4三种气体；
A6：将步骤A5中检测的气体信号传输至控制模块，通过控制模块分析气体浓度并判断变压器运行状态，之后重复A2步骤，关闭所有器件。
作为对本发明的进一步改进，所述步骤A5中光声模块检测C2H2气体采用两端带有缓冲腔的柱型腔光声池，且采用纵向共振工作模式，在启动光声模块后，C2H2气体分子吸收光脉冲产生光声信号，通过麦克风捕获声压信号经过信号放大处理得到C2H2气体浓度。
作为对本发明的进一步改进，所述步骤A5中电化学模块检测H2、CO、C2H4三种气体采用矩阵算法获得各气体的含量。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1)将电化学检测方法的优势和光声光谱方法的优势相结合，既能够大幅降低成本，又能快速准确地获取变压器油中气体的关键信息，装置结构简化操作方便；2)使用膜管脱气，油气平衡时间减少，脱气率高，进一步缩短检测时间并扩大检测范围；3)采用微型两位三通电磁阀，降低气室容积，减少了对所需气体的体积，降低了脱气难度和时间；4)采用矩阵算法消除电化学传感器之间的交叉干扰，提升检测结果的准确性；5)采用系统整体恒温控制，消除了温度对膜管和电化学传感器的影响，解决了温度对光声系统最优工作频率的影响，大大增强了装置的稳定性和准确性。
附图说明
图1为本发明的原理结构示意图。
图中：1-进油接口；2-循环油泵；3-脱气膜管；4-出油接口；5-循环气泵；6-第一电磁阀；7-第二电磁阀；8-第三电磁阀；9-第四电磁阀；10-热电偶；11-加热元件；12-温度控制器；13-保温箱；14-电化学传感器池体；15-H2传感器；16-CO传感器；17-C2H4传感器；18-光声池；19-麦克风；20-锁相放大器；21-调制发生器；22-乙炔光源。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
结合图1，本发明提供如下实施例：一种少组分变压器油气在线监测装置,包括脱气模块、电化学模块、光声模块、温控模块、控制模块；所述脱气模块包括进油接口1，所述进油接口1通过循环油泵2与脱气膜管3连接，且脱气膜管3的另一端设置有出油接口4，其中脱气膜管3通过连接管线、循环气泵5、第一电磁阀6、第二电磁阀7、第三电磁阀8、第四电磁阀9分别与电化学传感器池体14和光声池18两个检测池连接，其中第三电磁阀8、第四电磁阀9侧端与大气连通；所述电化学模块包括电化学传感器池体14以及与之连接的H2传感器15、CO传感器16、C2H4传感器17，气体进入电化学传感器池体14后各气体传感器同时进行检测，获得的电信号传送到控制模块中经过矩阵算法等处理后得到H2、CO、C2H4的具体浓度，所述光声模块包括光声池18、麦克风19、锁相放大器20、调制发生器21、乙炔光源22，调制发生器21在为锁相放大器20提供参考信号的同时对乙炔光源22进行外部电调制获得调制光源，光声池18内气体吸收调制光产生光声信号，光声信号通过麦克风19进行捕获并转换成电信号，再经由锁相放大器20进行放大滤波处理输送到控制模块内的数据处理器中，最终得到C2H2浓度；所述温控模块包括热电偶10、加热元件11以及与之连接的温度控制器12连接，需要特别说明的是，上述脱气模块、电化学模块、光声模块、温控模块、控制模块均位于保温箱13内，通过温度控制器12控制加热元件11工作，进而确保脱气模块、电化学模块，光声模块处于恒温条件下工作，解决了温度漂移的问题。
上述实施例中，所述脱气膜管3为陶瓷复合膜管，采用陶瓷复合膜管脱气不仅没有高沸点组分的干扰和污染，而且可以通过简单改变气室体积而调节脱气量；所述第一电磁阀6、第二电磁阀7、第三电磁阀8、第四电磁阀9均为两位三通电磁阀，降低气室容积，减少了对所需气体的体积，降低了脱气难度和时间。
本发明还提供一种少组分变压器油气在线监测方法，步骤如下：
A1：启动设备，温度控制模块工作，保持温度恒定；
A2：第一电磁阀和第二电磁阀直通，第三电磁阀和第四电磁阀侧通，启动气泵吹扫光声池，第一电磁阀和第二电磁阀侧通，第三电磁阀和第四电磁阀侧通吹扫电化学池，然后关闭气泵；
A3：启动光声模块采集背景信号作为光声系统的工作零点；启动电化学模块采集电化学信号作为电化学传感器工作零点；零点采集完成后关闭光声模块和电化学模块；
A4：启动循环油泵，变压器油在循环油泵作用下循环并在脱气膜管内进行脱气，达到油气平衡后关闭循环油泵；
A5：第一电磁阀和第二电磁阀直通，第三电磁阀和第四电磁阀直通，启动循环气泵将脱出的气体送入光声池，然后关闭循环气泵启动光声模块检测C2H2气体；第一电磁阀和第二电磁阀侧通，第三电磁阀和第四电磁阀直通，启动循环气泵将脱出的气体送入电化学传感器池体，然后关闭循环气泵启动电化学模块检测H2、CO、C2H4三种气体；
A6：将步骤A5中检测的气体信号传输至控制模块，通过控制模块分析气体浓度并判断变压器运行状态，之后重复A2步骤，关闭所有器件。
具体地，所述步骤A5中光声模块检测C2H2气体采用两端带有缓冲腔的柱型腔光声池，且采用纵向共振工作模式，在启动光声模块后，C2H2气体分子吸收光脉冲产生光声信号，通过麦克风捕获声压信号经过信号放大处理得到C2H2气体浓度。
具体地，所述步骤A5中电化学模块检测H2、CO、C2H4三种气体采用矩阵算法获得各气体的含量。
需要特别说明的是，上述实施例未尽详细说明的地方为本领域技术人员常规的技术，本领域技术人员能够实现，在此不作赘述。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (8)
1.一种少组分变压器油气在线监测装置,其特征在于：包括脱气模块、电化学模块、光声模块、温控模块、控制模块，所述脱气模块包括进油接口(1)，所述进油接口(1)通过循环油泵(2)与脱气膜管(3)连接，且脱气膜管(3)的另一端设置有出油接口(4)；所述电化学模块包括电化学传感器池体(14)，且电化学传感器池体(14)内设置有H2传感器(15)、CO传感器(16)、C2H4传感器(17)，所述光声模块包括光声池(18)，且光声池(18)通过麦克风(19)与锁相放大器(20)连接，所述锁相放大器(20)的一端与调制发生器(21)连接，且调制发生器(21)的一端与乙炔光源(22)连接；所述温控模块包括热电偶(10)和加热元件(11)，且热电偶(10)和加热元件(11)均与温度控制器(12)连接。
2.根据权利要求1所述一种少组分变压器油气在线监测装置，其特征在于：所述脱气膜管(3)与电化学传感器池体(14)通过管线连接，且管线上设置有循环气泵(5)、第一电磁阀(6)、第二电磁阀(7)、第三电磁阀(8)、第四电磁阀(9)。
3.根据权利要求1所述一种少组分变压器油气在线监测装置，其特征在于：所述光声池(18)分别与第一电磁阀(6)、第二电磁阀(7)连接。
4.根据权利要求1所述一种少组分变压器油气在线监测装置，其特征在于：所述脱气膜管(3)为陶瓷复合膜管。
5.根据权利要求2所述一种少组分变压器油气在线监测装置，其特征在于：所述第一电磁阀(6)、第二电磁阀(7)、第三电磁阀(8)、第四电磁阀(9)均为两位三通电磁阀。
6.一种少组分变压器油气在线监测方法，其特征在于：包括以下步骤：
A1：启动设备，温度控制模块工作，保持温度恒定；
A2：第一电磁阀和第二电磁阀直通，第三电磁阀和第四电磁阀侧通，启动气泵吹扫光声池，第一电磁阀和第二电磁阀侧通，第三电磁阀和第四电磁阀侧通吹扫电化学池，然后关闭气泵；
A3：启动光声模块采集背景信号作为光声系统的工作零点；启动电化学模块采集电化学信号作为电化学传感器工作零点；零点采集完成后关闭光声模块和电化学模块；
A4：启动循环油泵，变压器油在循环油泵作用下循环并在脱气膜管内进行脱气，达到油气平衡后关闭循环油泵；
A5：第一电磁阀和第二电磁阀直通，第三电磁阀和第四电磁阀直通，启动循环气泵将脱出的气体送入光声池，然后关闭循环气泵启动光声模块检测C2H2气体；第一电磁阀和第二电磁阀侧通，第三电磁阀和第四电磁阀直通，启动循环气泵将脱出的气体送入电化学传感器池体，然后关闭循环气泵启动电化学模块检测H2、CO、C2H4三种气体；
A6：将步骤A5中检测的气体信号传输至控制模块，通过控制模块分析气体浓度并判断变压器运行状态，之后重复A2步骤，关闭所有器件。
7.根据权利要求6所述一种少组分变压器油气在线监测方法，其特征在于：所述步骤A5中光声模块检测C2H2气体采用两端带有缓冲腔的柱型腔光声池，且采用纵向共振工作模式，在启动光声模块后，C2H2气体分子吸收光脉冲产生光声信号，通过麦克风捕获声压信号经过信号放大处理得到C2H2气体浓度。
8.根据权利要求6所述一种少组分变压器油气在线监测方法，其特征在于：所述步骤A5中电化学模块检测H2、CO、C2H4三种气体采用矩阵算法获得各气体的含量。
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