CN111007366A - 一种油式套管隐患监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种油式套管隐患监测系统及方法，包括：实时获取油液中的信号源以及油品系数；对信号源进行转换和处理，生成油液数据；将油液数据上传至数据中心；信号源包括氢气的浓度信号、微水模拟信号以及超声波模拟信号；油液数据包括氢气数据、油微水值及超声波频谱图；本申请在实现电力系统充油电气设备在线监测的基础上，有效结合油中溶解气体分析、油中微水含量检测、局部放电超声波检测三种隐患检测方法，在线监测电力设备的实时运行状况，提高设备的检测准确度，及时察觉和诊断其内部故障，掌握设备的内部运行状态，检修成本降低，为保证变压器的安全稳定工作提供了技术保障。
Description
技术领域
本发明涉及充油电气设备隐患监测技术领域，更具体地说，涉及一种油式套管隐患监测系统及方法。
背景技术
目前，国内外对电网大停电事故的原因和电网主要存在问题的分析更多地强调在电网运行本身上，而对电力设备自身故障引发电网事故重视不够。电力设备安全运行是电网安全稳定运行的基础，尤其是作为电力系统的关键枢纽设备，变压器套管、油浸式电流互感器、电压互感器、油式电抗器、油式电容器、油式断路器等充油电气设备的健康水平和运行状况好坏直接关系到电网运行的安全与稳定。
传统电力设备监测多为离线检测手段，此方法由于受到计划检修的影响,对于发展较快的故障的检测感到不够及时,难以充分发挥它的作用。基于离线检测方法存在诸多不便,并且我国有一半以上的变电站建在交通不便的偏远地区，以往进行预防性试验时,电力部门就会出动大量的人力物力到现场取油样,费用耗费巨大。
现有检测方法通过油中溶解气体分析、监测油式设备油中微水含量，或者局部放电故障监测进行检测，检测手段单一，并且油、纸等绝缘材料所产生的气体能溶解于油中，也有释放到油面上，每种气体在一定的温度、压力下达到溶解和释放的油平衡，不同温度、压力情况下，油中溶解气体和微水含量都是差异明显的，其受温度与压力影响较大。同时，局部放电监测最主要的是如何在运行现场强大的干扰中进行信号的检测和辨识，局部放电监测存在较大的局限性。因此，单一的隐患监测手段往往精度相对较低，存在误判的情况，稳定性和可靠性都有待提高。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种能够在线监测并且提高隐患监测故障诊断的准确率的油式套管隐患监测系统及方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种油式套管隐患监测方法，包括以下步骤：
S1：实时获取油液中的信号源以及油品系数；
S2：对信号源进行转换和处理，生成油液数据；
S3：将油液数据上传至数据中心；
所述信号源包括氢气的浓度信号、微水模拟信号以及超声波模拟信号；所述油液数据包括氢气数据、油微水值及超声波频谱图。
进一步地，所述步骤S2具体包括：
获得氢气浓度数据；
对微水模拟信号及超声波模拟信号分别进行采样和处理，获得微水电压值及超声波数字信号；
计算氢气浓度数据、微水数字信号及超声波数字信号，生成油液数据。
进一步地，所述步骤：获得氢气浓度数据，具体包括：
获取氢气浓度信号的数据帧；
计算校验数据帧是否正确，并在达到正确的条件下，获得正确的数据帧；
从正确的数据帧中截取对应的数据，形成氢气浓度数据。
进一步地，所述步骤：对微水模拟信号及超声波模拟信号进行采样和处理，获得微水数字信号及超声波数字信号，具体包括：
对微水模拟信号进行连续采样并滤波，获得微水电压值；
对超声波模拟信号按特定采样率进行采样并滤波，获得超声波数字信号。
进一步地，所述步骤：计算氢气浓度数据、微水数字信号及超声波数字信号，生成油液数据，具体包括：
对氢气浓度数据进行转换计算，获得氢气数据；
对微水电压值进行转换计算，获得油微水值；
对超声波数字信号进行转换，生成频谱图。
进一步地，所述步骤：对微水电压值进行转换计算，获得油微水值，具体包括：
根据微水电压值，计算得到油中微水含量；
实时获取油液温度；
根据油中微水含量、油液温度以及油品系数，计算得到油微水值。
进一步地，所述数据中心为网络服务器。
本发明提供一种油式套管隐患监测系统，包括用于实时获取油液中的信号源的检测单元、用于对信号源进行转换和处理的数据处理单元、以及用于将油液数据上传至数据中心的数据传输单元；所述数据处理单元分别与所述检测单元及所述数据传输单元通信连接；
所述检测单元置于油液中实时采集信号源，所述数据处理单元获取所述检测单元采集的信号源，并对信号源进行转换处理，生成油液数据，通过所述数据传输单元将油液数据上传至数据中心，以供用户进行综合分析。
进一步地，所述检测单元包括氢气传感器、微水传感器及超声波传感器；所述氢气传感器、微水传感器及超声波传感器均与所述数据处理单元通信连接。
进一步地，所述数据处理单元包括微处理器；所述数据传输单元包括协调器；所述微处理器获取所述检测单元的信号源进行转换和处理，生成油液数据，通过所述协调器将油液数据传输至数据中心。
本发明的有益效果在于：本申请在实现电力系统充油电气设备在线监测的基础上，有效结合油中溶解气体分析、油中微水含量检测、局部放电超声波检测三种隐患检测方法，在线监测电力设备的实时运行状况，提高设备的检测准确度，及时察觉和诊断其内部故障，掌握设备的内部运行状态，检修成本降低，为保证变压器的安全稳定工作提供了技术保障。
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，下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，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附图：
图1为本发明优选实施例中一种油式套管隐患监测方法的流程框图；
图2为本发明另一实施例中一种油式套管隐患监测系统的原理框图。
具体实施方式
为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明较佳实施例的如图1所示，提供一种油式套管隐患监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：实时获取油液中的信号源以及油品系数；
S2：对信号源进行转换和处理，生成油液数据；
S3：将油液数据上传至数据中心；
信号源包括氢气的浓度信号、微水模拟信号以及超声波模拟信号；油液数据包括氢气数据、油微水值及超声波频谱图；
实时获取油液中的溶解氢气的浓度信号、微水模拟信号以及超声波模拟信号，以及获取所处于油液的油品系数，通过对氢气的浓度信号、微水模拟信号以及超声波模拟信号进行转换和处理，生成氢气数据、油微水值及超声波频谱图，将氢气数据、油微水值及超声波频谱图上传至数据中心，用户可在数据中心查看氢气数据、油微水值及超声波频谱图，判断充油电气设备是否存在隐患，在实现在线监测的基础上，有效结合油中溶解气体分析、油中微水含量检测、局部放电超声波检测三种隐患检测方法，在线监测电力设备的实时运行状况，提高设备的检测准确度，及时察觉和诊断其内部故障，掌握设备的内部运行状态，检修成本降低，为保证变压器的安全稳定工作提供了技术保障。
在进一步的实施例中，步骤S2具体包括：
获得氢气浓度数据；
对微水模拟信号及超声波模拟信号分别进行采样和处理，获得微水电压值及超声波数字信号；
计算氢气浓度数据、微水数字信号及超声波数字信号，生成油液数据；
氢气的浓度信号为数字信号，可直接计算得到氢气浓度数据；微水模拟信号与超声波模拟信号需通过采样转换为数字信号后，进行处理及计算得到油微水值和超声波频谱图；有效结合油中溶解气体分析、油中微水含量检测、局部放电超声波检测三种隐患检测方法，在线监测电力设备的实时运行状况，提高设备的检测准确度。
在进一步的实施例中，步骤：获得氢气浓度数据，具体包括：
获取氢气浓度信号的数据帧；
计算校验数据帧是否正确，并在达到正确的条件下，获得正确的数据帧；
从正确的数据帧中截取对应的数据，形成氢气浓度数据；
获取氢气浓度信号的数据帧后，计算校验数据帧是否正确，若正确，在正确的数据帧中截取对应的数据，形成氢气浓度数据。
在进一步的实施例中，步骤：对微水模拟信号及超声波模拟信号进行采样和处理，获得微水数字信号及超声波数字信号，具体包括：
对微水模拟信号进行连续采样N个点，并对这N个点进行卡尔曼滤波，获得准确的微水电压值；
对超声波模拟信号按每秒1000个点的采样率进行采样，采集到的信号经过20-150k带通滤波后，获得超声波数字信号。
在进一步的实施例中，步骤：计算氢气浓度数据、微水数字信号及超声波数字信号，生成油液数据，具体包括：
对氢气浓度数据进行按照氢气传感器内的RS485总线的modbus RTU协议转换计算，获得氢气数据；
对微水电压值进行转换计算，获得油微水值；
对超声波数字信号进行转换，将处理好的超声波信号通过无线的方式传输到上位机中，通过上位机变换生成频谱图；利用超声波传感器检测局部放电产生的超声波信号，可有效避免电磁干扰。
在进一步的实施例中，步骤：对微水电压值进行转换计算，获得油微水值，具体包括：
根据微水电压值以及微水传感器的特性，计算得到油中微水含量；
实时获取油液温度；
根据油中微水含量、油液温度以及油品系数，计算得到油微水值。
在进一步的实施例中，数据中心为网络服务器，用户可在客户端上，调取网络服务器上的油液数据进行综合分析，氢气数据可以反映氢气产生速率和浓度变化曲线，如果确认特征气体氢气的含量超过了规定值并且产生气体的速率也超过了规定值，那么，我们可以判断该设备内部存在故障，并可以诊断出该故障为油中溶解特征气体氢气隐患；水的介电系数很大，微水传感器内的高分子材料吸湿后，其介电系数随周围环境的含水量的变化而变化，进而引起电容值的变化，可通过观察电容值的变化，实时掌握油液中微水含量的变化，及时地防止含水量过大而使油接近饱和产生游离水；用户可通过分析频谱图判断油液中是否存在局部放电，若采集到的超声波信号集中在75khz附近，则证明油液中存在局部放电，在实现在线监测的基础上，有效结合油中溶解气体分析、油中微水含量检测、局部放电超声波检测三种隐患检测方法，在线监测电力设备的实时运行状况，提高设备的检测准确度，及时察觉和诊断其内部故障，掌握设备的内部运行状态，检修成本降低，为保证变压器的安全稳定工作提供了技术保障。
本申请实施例提供一种油式套管隐患监测系统，如图2所示，包括用于实时获取油液中的信号源的检测单元1、用于对信号源进行转换和处理的数据处理单元2、以及用于将油液数据上传至数据中心的数据传输单元3；数据处理单元2分别与检测单元1及数据传输单元3通信连接；检测单元1置于油液中实时采集溶解氢气的浓度信号、微水模拟信号以及超声波模拟信号，数据处理单元2获取检测单元1采集的溶解氢气的浓度信号、微水模拟信号以及超声波模拟信号，进行转换处理，生成氢气数据、油微水值及超声波频谱图，通过数据传输单元3将油液数据上传至数据中心，以供用户进行综合分析；在实现在线监测的基础上，有效结合油中溶解气体分析、油中微水含量检测、局部放电超声波检测三种隐患检测方法，在线监测电力设备的实时运行状况，提高设备的检测准确度，及时察觉和诊断其内部故障，掌握设备的内部运行状态，检修成本降低，为保证变压器的安全稳定工作提供了技术保障。
在进一步的实施例中，检测单元1包括氢气传感器、微水传感器及超声波传感器；氢气传感器、微水传感器及超声波传感器均与数据处理单元2通信连接；其中，氢气传感器采用的是基于钯基合金薄膜的光纤氢气传感器，利用钯基氢敏薄膜感应机制，通过检测材料折射率的变化就能探知氢气浓度的变化；微水传感器采用的是高分子电容式湿度传感器，该传感器是唯一可以在0～100％RH相对湿度范围内进行全程检测的传感器，具有线性好，重复性好，滞后小，响应快，尺寸小，能在较大温度范围内使用等优点；超声波传感器采用的是微型水听器，可放置于液体中测量超声信号，且微型水听器小尺寸小重量，便于集成和安装，以此实现油中超声测量，大大改善了外置式或其他间接测量方法精度低，误差大的问题，减少测量过程中受到的干扰。
在进一步的实施例中，数据处理单元2包括微处理器；数据传输单元3包括协调器；微处理器获取检测单元1的信号源进行转换和处理，生成油液数据，通过协调器将油液数据传输至数据中心；微处理器选用STM32103F单片机，对检测单元输出的信号进行处理；协调器为NB-lot协调器；微处理器对检测单元1内采集的微水模拟信号和超声波模拟信号进行AD转换，变成微水数字信号和超声波数字信号，对氢气浓度信号、微水数字信号和超声波数字信号进行相关算法处理，得到氢气数据、油微水值及超声波频谱图，具体算法包括标定、线性化、温度补偿等；氢气数据、油微水值及超声波频谱图中一部分经过NB-lot无线网络发送给协调器，另一部分通过485串口以有线的形式直接与客户端通信；NB-lot协调器将接收到的氢气数据以及NB-lot网络中其它传感器的相关数据，通过NB-lot转无线网络的形式发送给远端网络服务器并进行存储，用户通过Internet网络即可随时随地读取网络服务器的数据，以该数据为依据，可以对变压器的健康状况进行实时分析，进而实现变压器健康状态的实时监测。在实现在线监测的基础上，有效结合油中溶解气体分析、油中微水含量检测、局部放电超声波检测三种隐患检测方法，在线监测电力设备的实时运行状况，提高设备的检测准确度，及时察觉和诊断其内部故障，掌握设备的内部运行状态，检修成本降低，为保证变压器的安全稳定工作提供了技术保障。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种油式套管隐患监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：实时获取油液中的信号源以及油品系数；
S2：对信号源进行转换和处理，生成油液数据；
S3：将油液数据上传至数据中心；
所述信号源包括氢气的浓度信号、微水模拟信号以及超声波模拟信号；所述油液数据包括氢气数据、油微水值及超声波频谱图。
2.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
获得氢气浓度数据；
对微水模拟信号及超声波模拟信号分别进行采样和处理，获得微水电压值及超声波数字信号；
计算氢气浓度数据、微水数字信号及超声波数字信号，生成油液数据。
3.根据权利要求2所述的监测方法，其特征在于，所述步骤：获得氢气浓度数据，具体包括：
获取氢气浓度信号的数据帧；
计算校验数据帧是否正确，并在达到正确的条件下，获得正确的数据帧；
从正确的数据帧中截取对应的数据，形成氢气浓度数据。
4.根据权利要求2所述的监测方法，其特征在于，所述步骤：对微水模拟信号及超声波模拟信号进行采样和处理，获得微水数字信号及超声波数字信号，具体包括：
对微水模拟信号进行连续采样并滤波，获得微水电压值；
对超声波模拟信号按特定采样率进行采样并滤波，获得超声波数字信号。
5.根据权利要求2所述的监测方法，其特征在于，所述步骤：计算氢气浓度数据、微水数字信号及超声波数字信号，生成油液数据，具体包括：
对氢气浓度数据进行转换计算，获得氢气数据；
对微水电压值进行转换计算，获得油微水值；
对超声波数字信号进行转换，生成频谱图。
6.根据权利要求5所述的监测方法，其特征在于，所述步骤：对微水电压值进行转换计算，获得油微水值，具体包括：
根据微水电压值，计算得到油中微水含量；
实时获取油液温度；
根据油中微水含量、油液温度以及油品系数，计算得到油微水值。
7.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，所述数据中心为网络服务器。
8.一种油式套管隐患监测系统，其特征在于：包括用于实时获取油液中的信号源的检测单元、用于对信号源进行转换和处理的数据处理单元、以及用于将油液数据上传至数据中心的数据传输单元；所述数据处理单元分别与所述检测单元及所述数据传输单元通信连接；
所述检测单元置于油液中实时采集信号源，所述数据处理单元获取所述检测单元采集的信号源，并对信号源进行转换处理，生成油液数据，通过所述数据传输单元将油液数据上传至数据中心，以供用户进行综合分析。
9.根据权利要求8所述的监测系统，其特征在于，所述检测单元包括氢气传感器、微水传感器及超声波传感器；所述氢气传感器、微水传感器及超声波传感器均与所述数据处理单元通信连接。
10.根据权利要求8所述的监测系统，其特征在于，所述数据处理单元包括微处理器；所述数据传输单元包括协调器；所述微处理器获取所述检测单元的信号源进行转换和处理，生成油液数据，通过所述协调器将油液数据传输至数据中心。
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