CN110779966A - 轻瓦斯告警特征气体检测方法及装置 - Google Patents

轻瓦斯告警特征气体检测方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种轻瓦斯告警特征气体检测方法及装置。所述方法包括：利用抽气泵抽取待检测设备中的特征气体，所述特征气体通过输气管至电化学传感器及催化燃烧传感器；所述电化学传感器及催化燃烧传感器产生对应的电信号，并将所述电信号发送至处理器；所述处理器分析所述电信号，确定所述特征气体的成分，将所述特征气体的成分发送至显示屏上显示。本发明可在变压器气体继电器轻瓦斯告警后第一时间在现场获得变压器内部特征气体成分的定性分析信息，从而对变压器内部故障有较为准确的判断，由此可大大提升变压器运行和运检人员工作的安全性，减少由变压器故障导致的事故，造成的直接或间接经济损失，减少社会不良影响。

Description

轻瓦斯告警特征气体检测方法及装置
技术领域
本发明涉及轻瓦斯告警特征气体检测技术领域，尤指一种轻瓦斯告警特征气体检测方法及装置。
背景技术
电力变压器作为电力系统中最为重要的电气设备之一，它的运行状况直接关系到电力系统安全稳定经济运行，电力变压器发生故障将导致大面积停电，致使国民经济遭受重大损失。据统计电力变压器所发生的事故大多是由于变压器内部发生局部放电，进而造成绝缘老化损坏所导致。变压器内部发生故障时，会产生大量气体，触发气体继电器告警或保护动作。对变压器特征气体进行检测，是及时发现和判断变压器内部故障主要方法之一。
变压器气体继电器轻瓦斯告警后特征气体的检测分为现场检测和实验室检测。对于特征气体成分现场检测，实际运检中仅依靠现场点燃测试的被试气体的可燃性。尚无针对变压器轻瓦斯告警后特征气体现场检测的明确技术方案和操作规程，也无相应的检测仪器。现有两种对于变压器气体继电器轻瓦斯告警特征气体的检测方法缺点有：1)针对现场点燃法，该方法精确性低，并存在一定的消防安全隐患；2)针对实验室气相色谱检验法，该方法试验周期长，可能导致变压器故障检修延误，造成更严重的事故和损失。
发明内容
为了解决上述问题，本发明实施例提供一种轻瓦斯告警特征气体检测方法，所述方法包括：
利用抽气泵抽取待检测设备中的特征气体，所述特征气体通过输气管至电化学传感器及催化燃烧传感器；
所述电化学传感器及催化燃烧传感器产生对应的电信号，并将所述电信号发送至处理器；
所述处理器分析所述电信号，确定所述特征气体的成分，将所述特征气体的成分发送至显示屏上显示。
可选的，在本发明一实施例中，所述利用抽气泵抽取特征气体包括：所述抽气泵通过连接于进气孔与待检测设备之间的取气设备，抽取所述待检测设备内的特征气体。
可选的，在本发明一实施例中，所述处理器分析所述电信号，确定所述特征气体的成分包括：所述处理器根据所述电信号，确定所述特征气体中的氢气、烃类、一氧化碳及二氧化碳的浓度。
可选的，在本发明一实施例中，所述方法还包括：所述处理器根据预设告警规则，判断所述特征气体的成分是否需要告警；当需要告警时，所述处理器控制报警指示灯闪烁，以及控制蜂鸣器报警。
本发明实施例还提供一种轻瓦斯告警特征气体检测装置，所述装置包括：抽气泵、输气管、电化学传感器、催化燃烧传感器、处理器及显示屏；
所述抽气泵通过所述输气管抽取待检测设备中的特征气体，并通过所述输气管将所述特征气体传输至所述电化学传感器及所述催化燃烧传感器；
所述电化学传感器及所述催化燃烧传感器产生对应的电信号，将所述电信号发送至所述处理器；
所述处理器分析所述电信号，确定所述特征气体的成分，将所述特征气体的成分发送至显示屏上显示。
可选的，在本发明一实施例中，所述装置还包括进气孔，所述进气孔一侧通过取气设备与待检测设备连接，另一侧通过输气管与所述抽气泵连接。
可选的，在本发明一实施例中，所述装置还包括控制面板，所述控制面板上设置有显示屏及进气孔。
可选的，在本发明一实施例中，所述控制面板还包括报警指示灯及蜂鸣器，用于在所述特征气体的成分需要告警时发出警报。
可选的，在本发明一实施例中，所述控制面板还包括出气孔，所述出气孔与集气设备连接，用于将经过检测后的特征气体排出至所述集气设备。
可选的，在本发明一实施例中，所述控制面板还包括按键，用于键入控制指令。
可选的，在本发明一实施例中，所述控制面板还包括充电口，用于与电池连接。
可选的，在本发明一实施例中，所述装置还包括铝塑板提箱，用于集成所述抽气泵、输气管、电化学传感器、催化燃烧传感器、处理器、控制面板及电池。
本发明可在变压器气体继电器轻瓦斯告警后第一时间在现场获得变压器内部特征气体成分的定性分析信息，从而对变压器内部故障有较为准确的判断，由此可大大提升变压器运行和运检人员工作的安全性，减少由变压器故障导致的事故，造成的直接或间接经济损失，减少社会不良影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一种轻瓦斯告警特征气体检测方法的流程图；
图2A及图2B为本发明实施例一种轻瓦斯告警特征气体检测装置的结构示意图；
图3为本发明实施例中变压器内部故障造成气体继电器轻瓦斯告警示意图；
图4为本发明实施例中特征气体检测装置的工作流程图。
具体实施方式
本发明实施例提供一种轻瓦斯告警特征气体检测方法及装置。
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作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。
本发明实施例中轻瓦斯告警特征气体检测方法及装置可进行变压器轻瓦斯特征气体现场检测，变压器气体继电器轻瓦斯告警后，收集气体继电器集气盒内特征气体并在现场利用仪器对特征气体进行检测分析，获得特征气体的成分信息，并进一步给出变压器内部故障的初步诊断结果。
如图1所示为本发明实施例一种轻瓦斯告警特征气体检测方法的流程图，图中所示方法包括：
步骤S1，利用抽气泵抽取待检测设备中的特征气体，所述特征气体通过输气管至电化学传感器及催化燃烧传感器；
步骤S2，电化学传感器及催化燃烧传感器产生对应的电信号，并将所述电信号发送至处理器；
步骤S3，处理器分析所述电信号，确定所述特征气体的成分，将所述特征气体的成分发送至显示屏上显示。处理器可通过催化型铂丝气体检测技术及半导体型气体检测技术对特征气体进行成分分析。
作为本发明的一个实施例，利用抽气泵抽取特征气体包括：所述抽气泵通过连接于进气孔与待检测设备之间的取气设备，抽取所述待检测设备内的特征气体。取气设备可以为例如真空泵。
作为本发明的一个实施例，处理器分析所述电信号，确定所述特征气体的成分包括：所述处理器根据所述电信号，确定所述特征气体中的氢气、烃类、一氧化碳及二氧化碳的浓度。
作为本发明的一个实施例，处理器根据预设告警规则，判断所述特征气体的成分是否需要告警；当需要告警时，所述处理器控制报警指示灯闪烁，以及控制蜂鸣器报警。其中，预设告警规则可以为例如：如果氢气(H2)浓度超标(>150uL/L)，可判断为变压器局部放电故障；如果甲烷(CH4)浓度超标(>150uL/L)，可判断为变压器油过热故障。
其中，本发明的轻瓦斯告警特征气体检测方法的具体实施可参见轻瓦斯告警特征气体检测装置的实施。
本发明的轻瓦斯告警特征气体方法，可使运维人员可以在变压器气体继电器轻瓦斯告警后第一时间在现场获得变压器内部特征气体成分的定性分析信息，从而对变压器内部故障有较为准确的判断，并针对变压器故障类型及时采取下一步应对措施。由此可大大提升变压器运行和运检人员工作的安全性，减少由变压器故障导致的事故，造成的直接或间接经济损失，减少社会不良影响。
如图2A及图2B所示为本发明实施例一种轻瓦斯告警特征气体检测装置的结构示意图，图2A及图2B中所示装置包括：抽气泵1、输气管2、电化学传感器4、催化燃烧传感器5、处理器3及显示屏6；
所述抽气泵1通过所述输气管抽取待检测设备中的特征气体，并通过所述输气管将所述特征气体传输至所述电化学传感器4及所述催化燃烧传感器5。其中，图2A中14为气室，输气管2先将特征气体输送至气室14中，特征气体传输至所述电化学传感器4及所述催化燃烧传感器5与气室14连接，以与特征气体接触。此外，图2A中还包括一氧化碳传感器15，二氧化碳传感器16。
所述电化学传感器4及所述催化燃烧传感器5产生对应的电信号，将所述电信号发送至所述处理器。
所述处理器3分析所述电信号，确定所述特征气体的成分，将所述特征气体的成分发送至显示屏6上显示。处理器可通过催化型铂丝气体检测技术及半导体型气体检测技术对特征气体进行成分分析。
作为本发明的一个实施例，装置还包括进气孔7，所述进气孔7一侧通过取气设备与待检测设备连接，另一侧通过输气管2与所述抽气泵1连接。
作为本发明的一个实施例，装置还包括控制面板，所述控制面板上设置有显示屏6及进气孔7。
在本实施例中，控制面板还包括报警指示灯8及蜂鸣器9，用于在所述特征气体的成分需要告警时发出警报。
在本实施例中，控制面板还包括出气孔10，所述出气孔10与集气设备连接，用于将经过检测后的特征气体排出至所述集气设备。集气设备用于收集经过检测后的废气。
在本实施例中，控制面板还包括按键11，用于键入控制指令。按键包括开关键、开始/暂停键等。
在本实施例中，控制面板还包括充电口12。
在本实施例中，装置还包括铝塑板提箱，用于集成所述抽气泵、输气管、电化学传感器、催化燃烧传感器、处理器、控制面板及电池。本发明检测装置的内部设备均集成于铝塑板提箱中，便于携带。
在本发明一具体实施例中，如图3所示为本发明实施例中变压器内部故障造成气体继电器轻瓦斯告警示意图，图中a为排气口。变压器通过加装气体继电器对变压器内部故障进行侦测和告警。气体继电器的安装位置位于变压器油枕和油箱的连接管道上。安装时有2％至5％的倾斜角度，以使气体能够流到气体继电器，其内部结构如图3所示。当变压器内部发生轻微故障时，变压器内部生成自由气体。自由气体上浮，聚集在气体继电器内，并压迫变压器绝缘油迫使油位下降。当变压器发生渗漏油时，也会引起变压器绝缘油油位下降。当油位下降到一定程度后，会触发开关元件动作，造成气体继电器轻瓦斯告警。
变压器内部不同故障生成的特征气体主要包含氢气(H2)和烃类(CnHn)。针对这些气体的检测技术有如下几类：
(1)催化型铂丝气体检测技术。催化型铂丝气体检测技术是利用难熔金属铂丝加热后的电阻变化来测定气体浓度。当气体进入探测器时，在铂丝表面引起氧化反应(无焰燃烧)，其产生的热量使铂丝的温度升高，进而铂丝的电阻率发生变化。其变化值与气体的浓度相关。该技术应用于烃类可燃气体检测。
(2)半导体型气体检测技术。半导体型气体检测技术是利用半导体表面电阻变化来测定气体浓度。半导体气体检测仪用灵敏度较高的气敏半导体元件，在遇到被测气体时，半导体电阻下降，下降值与气体浓度有对应关系。该技术应用于氢气检测。
油浸式变压器中，主要的绝缘材料是变压器油和固体绝缘材料(绝缘纸、纸板和木块等)。经过长时间的使用，变压器绝缘材料会在运行中受环境因素的影响发生老化分解。在变压器发生故障时，由于变压器内部化境发生剧烈变化，会造成变压器绝缘材料在短时间内大量分解，生成大量的气体。通过检测气体继电器内收集到的气体的成分组成，可对变压器内部故障进行识别。
如果收集到的其体内氢气含量过高，可初步判断为变压器内发生局部放电。变压器油使用的是矿物油，其主要成分为烷烃，环烷族饱和烃和芳香族不饱和烃。变压器内部发生局部放电，会造成变压器油裂解，主要生成大量的氢气，其次为甲烷或者乙炔。如果收集到的气体内甲烷含量过高，可初步判断为变压器内发生触头过热故障。变压器油过热会造成其自身的分解，其主要生成物为甲烷和乙烯。
在本发明一具体实施例中，变压器内部发生故障后，不同类型的故障会生成氢气(H2)，烃类(CnHn)，一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)等特征气体。生成的气体聚集后会触发变压器气体继电器发出轻瓦斯告警。通过检验气体继电器收集的变压器内部生成的特征气体成分，可诊断变压器内部故障类型。如果氢气(H2)浓度超标(>150uL/L)，可判断为变压器局部放电故障；如果甲烷(CH4)浓度超标(>150uL/L)，可判断为变压器油过热故障。
气体继电器轻瓦斯告警后，将从集气盒内收集到的气体样本送入检测装置进行成分分析，显示屏显示分析结果。根据气体成分，如果可燃气体浓度超标，装置给出报警。通过分析结果，运检人员对变压器内部故障做出初步判断，并给出相应应对措施。整套方法在设备启动，抽气分析完成时间不超过30分钟，相较于进行油气相试验所需的3到5天周期，可大幅提升运维人员对变压器故障的判断和处理效率。同时，通过本发明可获得关键特征气体的浓度信息，相较于传统的点燃法，提高了精度。
本发明装置中的传感器参数如表1所示：
表1
被测气体 传感器量程 分辨率 最小检测浓度 误差 传感器类型
氢气 0-40000ppm 1ppm 10ppm 1.50％ 电化学
烷烃类气体 0-40000ppm 1ppm 10ppm 1.50％ 催化燃烧
本发明全套检测设备集成于180mm×80mm×110mm带铝塑板提箱，总重限制在1千克以内；所用系统启动时间为1分钟左右，确保现场使用的便携性和快捷性。仪器使用大容量可充电锂电池进行供电，确保使用的持久性。
在本发明一具体实施例中，本发明特征气体检测装置的工作流程图如图4所示。取气设备可使用真空泵，真空泵抽取特征气体，避免其与外界空气接触，确保检测结果的精确性、特征气体的检测使用多种传感器。传感器将和气体反应的结果转换成电信号传递至处理器，利用分析软件进行分析，得到各类特征气体浓度结果。检测过程无明火，确保现场使用的安全性。
根据特征气体的成分，可初步判断变压器内部故障类型：如果氢气(H2)浓度超标，可判断为变压器局部放电故障；如果甲烷(CH4)浓度超标，可判断为变压器油过热故障。
本发明的轻瓦斯告警特征气体检测装置，可使运维人员可以在变压器气体继电器轻瓦斯告警后第一时间在现场获得变压器内部特征气体成分的定性分析信息，从而对变压器内部故障有较为准确的判断，并针对变压器故障类型及时采取下一步应对措施。由此可大大提升变压器运行和运检人员工作的安全性，减少由变压器故障导致的事故，造成的直接或间接经济损失，减少社会不良影响。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (12)

1.一种轻瓦斯告警特征气体检测方法，其特征在于，所述方法包括：
利用抽气泵抽取待检测设备中的特征气体，所述特征气体通过输气管至电化学传感器及催化燃烧传感器；
所述电化学传感器及催化燃烧传感器产生对应的电信号，并将所述电信号发送至处理器；
所述处理器分析所述电信号，确定所述特征气体的成分，将所述特征气体的成分发送至显示屏上显示。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用抽气泵抽取特征气体包括：所述抽气泵通过连接于进气孔与待检测设备之间的取气设备，抽取所述待检测设备内的特征气体。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述处理器分析所述电信号，确定所述特征气体的成分包括：所述处理器根据所述电信号，确定所述特征气体中的氢气、烃类、一氧化碳及二氧化碳的浓度。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述处理器根据预设告警规则，判断所述特征气体的成分是否需要告警；
当需要告警时，所述处理器控制报警指示灯闪烁，以及控制蜂鸣器报警。
5.一种轻瓦斯告警特征气体检测装置，其特征在于，所述装置包括：抽气泵、输气管、电化学传感器、催化燃烧传感器、处理器及显示屏；
所述抽气泵通过所述输气管抽取待检测设备中的特征气体，并通过所述输气管将所述特征气体传输至所述电化学传感器及所述催化燃烧传感器；
所述电化学传感器及所述催化燃烧传感器产生对应的电信号，将所述电信号发送至所述处理器；
所述处理器分析所述电信号，确定所述特征气体的成分，将所述特征气体的成分发送至显示屏上显示。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括进气孔，所述进气孔一侧通过取气设备与待检测设备连接，另一侧通过输气管与所述抽气泵连接。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括控制面板，所述控制面板上设置有显示屏及进气孔。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述控制面板还包括报警指示灯及蜂鸣器，用于在所述特征气体的成分需要告警时发出警报。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述控制面板还包括出气孔，所述出气孔与集气设备连接，用于将经过检测后的特征气体排出至所述集气设备。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述控制面板还包括按键，用于键入控制指令。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述控制面板还包括充电口，用于与电池连接。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述装置还包括铝塑板提箱，用于集成所述抽气泵、输气管、电化学传感器、催化燃烧传感器、处理器、控制面板及电池。
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