CN113341346A - 一种油纸绝缘电力变压器油面上气体综合检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油纸绝缘电力变压器绝缘缺陷检测技术，具体涉及一种油纸绝缘电力变压器油面上气体综合检测系统及方法，该系统包括变压器本体及瓦斯继电器集气盒；还包括多气体综合检测模块、组合信号灯、电源模块、信号处理模块以及数据显示诊断后台；多气体综合检测模块与变压器本体的瓦斯继电器集气盒连接，多气体综合检测模块、信号处理模块和组合信号灯均通过屏蔽电缆线连接到电源模块，多气体综合检测模块通过屏蔽电缆线分别与信号处理模块和组合信号灯连接，信号处理模块通过屏蔽电缆线与组合信号灯连接，信号处理模块与数据显示诊断后台无线连接。利用该系统能够快速实时地获取气体组分及含量数据，从而实现更加高效的电力变压器在线监测。

Description

一种油纸绝缘电力变压器油面上气体综合检测系统及方法

技术领域

本发明属于油纸绝缘电力变压器绝缘缺陷检测技术领域，特别涉及一种油纸绝缘电力变压器油面上气体综合检测系统及方法。

背景技术

电力是人民生活所必须的能源。我国电力行业随着几十年的发展逐渐成为世界上规模最大、电压等级最高的电网系统。随着电网运行时间的增加，一些电力设备的绝缘系统逐渐开始劣化，尤其是油浸式电力设备，例如油纸绝缘电力变压器，绝缘劣化后易产生放电绝缘缺陷和过热绝缘缺陷。除此之外，绝缘纸劣化后会产生纤维杂质颗粒、设备内部的金属材料也会因为维修和潜油泵轴承磨损产生金属颗粒杂质微粒，这些杂质颗粒会导致电力设备绝缘水平降低：

(1)放电绝缘缺陷会导致绝缘油(多为矿物油)发生分解，产生甲烷、乙烷、乙炔、氢气等特征气体；

(2)油纸绝缘中的纸、层压板和木块等固体绝缘材料是由众多葡萄糖单体组成的长链状高聚合碳氢化合物(C₆H₁₀O₅)_n，当局部温度过高时就会发生裂解，生成大量CO和CO₂气体和少量低分子类烃类气体；

所以，研究油纸绝缘电力变压器的放电缺陷、过热缺陷及其对设备安全运行的影响和危害，提前预警油纸绝缘电力变压器的工作状态对电网系统非常重要。

另外，利用油色谱检测油浸式电力设备内部绝缘缺陷是目前电力行业常用的检测技术，且已经有相应的国标和行业标准对其诊断规律进行的规范，新投入的高压、特高压油浸式电力变压器均已经安装了油色谱在线监测系统，检测油中溶解气体的含量，并根据检测结果进行设备评估。

但是对于严重突发性故障，故障产生的特征气体会以气泡形式逸散到油面以上，并在油面上汇集，导致仅仅通过检测油中溶解气体的含量对设备进行评估准确率的下降，汇集到油面上的特征气体的种类、含量、增长率等有效信息的遗失，而严重突发性故障是导致电力设备爆炸的主要原因，且目前还未有相关资料对这方面内容开展研究。

发明内容

针对背景技术存在的问题，本发明提供一种油纸绝缘电力变压器油面上气体综合检测系统。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种油纸绝缘电力变压器油面上气体综合检测系统，包括变压器本体及瓦斯继电器集气盒；还包括多气体综合检测模块、组合信号灯、电源模块、信号处理模块以及数据显示诊断后台；多气体综合检测模块与变压器本体的瓦斯继电器集气盒连接，多气体综合检测模块、信号处理模块和组合信号灯均通过屏蔽电缆线连接到电源模块，多气体综合检测模块通过屏蔽电缆线分别与信号处理模块和组合信号灯连接，信号处理模块通过屏蔽电缆线与组合信号灯连接，信号处理模块与数据显示诊断后台无线连接。

在上述油纸绝缘电力变压器油面上气体综合检测系统中，多气体综合检测模块采用多气体集成式电化学传感器附带一个油枕；由传感电极或工作电极和反电极组成，并由一个薄电解层隔开，用于检测多种气体成分；油枕用于模拟实际大型密闭变压器的呼吸过程。

在上述油纸绝缘电力变压器油面上气体综合检测系统中，信号处理模块包括信号转换电路、运放电路以及第一无线收发装置。

在上述油纸绝缘电力变压器油面上气体综合检测系统中，组合信号灯包括红、黄、蓝、绿、橙5种颜色信号灯，每种颜色依次对应甲烷、乙烯、乙炔、氢气和CO这五种电化学气体传感器的输出端，用于在获得详细气体数据前的快速状态评估。

在上述油纸绝缘电力变压器油面上气体综合检测系统中，数据显示诊断后台包括显示设备、第二无线收发装置。

基于油纸绝缘电力变压器油面上气体综合检测系统的检测方法，通过多气体综合检测模块在电力变压器的瓦斯继电器集气盒处获取油面上特征气体信息，将信息传送至组合信号灯处直观显示各传感器的信息获取状态，同时经过信号处理模块将输出的模拟信号转换成数字信号，再经过运放电路的处理，送入第一无线收发装置、第二无线收发装置，最终在显示设备上获取到详细的检测信息；具体步骤如下：

步骤1、数据显示诊断后台启动系统，并自检；

步骤2、如果系统不正常则提示报错，若正常则发送指令给多气体综合检测模块开始采集数据，且在不发出中断或关机指令的情况下一直保持获取数据状态；

步骤3、信号传送至组合信号灯处，观察信号灯状态对特征气体组分作初步判断，同时获取的输出信号也将送入信号处理模块进行信号处理及下一步传输；

步骤4、将处理后的数字信号进行放大处理，之后送入第一无线收发装置；

步骤5、第二无线收发装置获取数据，得到特征气体检测结果。

与现有技术相比，本发明检测系统结构设计合理且功能完备，通过研究获取油面上气体组分含量信息，研究其变化规律，并通过特征气体组分对油纸绝缘电力变压器进行故障诊断与状态评估，真正地实现了对油面上气体特征信息的在线监测，从而为进一步获取电力变压器严重突发性故障所产生特征气体的完整量及相应变化规律提供了解决思路。整个系统的设计可有效降低高校和相关科研院所开展油纸绝缘电力变压器绝缘课题研究的成本，推动绝缘检测技术的研究范围。

附图说明

图1为本发明一个实施例油纸绝缘电力变压器油面上气体综合检测系统的结构示意图；

图2为本发明一个实施例油纸绝缘电力变压器油面上气体综合检测系统的流程图；

其中，1-变压器本体、2-瓦斯继电器集气盒、3-多气体综合检测传感器低压端，4-油枕、5-屏蔽电缆线、6-五色组合信号灯、7-电源模块、8-信号处理模块、9-数据显示及诊断后台。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例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的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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本实施例提出了一种开展油纸绝缘电力变压器油面上气体综合检测系统，利用该检测系统能够快速实时地获取气体组分及含量数据，从而实现更加高效的电力变压器在线监测。

如图1所示，本实施例是通过以下技术方案来实现的，一种油纸绝缘电力变压器油面上气体综合检测系统，该系统包括五大部分：多气体综合检测模块3、组合信号灯6、电源模块7、信号处理模块8以及数据显示诊断后台9。通过该系统对气体的检测，可以对油纸绝缘电力变压器进行故障诊断及状态评估：①油面上检测没气体，对油中进行分析有气体，判断为缺陷类型处于初始阶段；②油面上检测有气体，油中分析也有气体，判断为严重故障缺陷；③油面上检测有气体，油中分析无气体，判断设备内故障为严重突发性故障。进一步对故障进行划分：(1)检测气体中有甲烷、乙烯和CO，为油和纸过热；(2)气体中有甲烷、氢气和CO，为油纸绝缘中局部放电；(3)气体中有氢气和乙炔，为油中火花放电；(4)气体中有甲烷、氢气、乙炔和CO，为油和纸中电弧。利用该系统能够快速实时地获取气体组分及含量数据，从而实现更加高效的电力变压器在线监测。

而且，多气体综合检测模块3和信号处理模块8均通过屏蔽电缆线连接到电源模块7，有效隔离高压及设备运行环境因素干扰。多气体综合检测模块3采用多气体集成式电化学传感器，被安装在变压器本体的瓦斯继电器集气盒2上，通过与被测气体发生反应并产生与气体浓度成正比的电信号来工作，由传感电极(或工作电极)和反电极组成，并由一个薄电解层隔开，可综合检测多种气体成分。传感电极采用氧化机理或还原机理，这些反应由针对被测气体而设计的电极材料进行催化，通过电极间连接的电阻器，与被测气浓度成正比的电流会在正极与负极间流动，测量该电流即可确定气体浓度，而针对不同气体发生的反应不同则可确定气体成分。另外，模块还附带一个油枕4，用以模拟实际大型密闭变压器的“呼吸”过程。

信号处理模块8通过耐油耐高温屏蔽电缆与多气体综合检测模块3的多气体集成式电化学传感器连接。信号处理模块8由三部分组成，分别是信号转换电路、运放电路以及无线收发装置。输入信号首先经过不同的模拟电路或者数字电路组合，将传感器输出的电信号转换为标准的工业信号，之后再经过运放电路的信号放大处理，最终通过无线信号发射装置将信号发出。

组合信号灯6由红、黄、蓝、绿、橙这5种颜色组成，每种颜色依次对应甲烷、乙烯、乙炔、氢气和CO这五种电化学气体传感器的输出端，用于在获得详细气体数据前的快速状态评估。通过观察灯的状态来分别判断对应的气体是否产生。若红黄橙灯亮，则表示气体中有甲烷、乙烯和CO，初步判断为油和纸过热；若红绿橙灯亮，则表示气体中有甲烷、氢气和CO，初步判断油纸绝缘中局部放电；若蓝绿灯亮，则表示气体中有氢气乙炔，初步判断油中火花放电；若红蓝绿橙灯亮，则表示气体中有甲烷、氢气、乙炔和CO，初步判断油和纸中电弧。

数据显示诊断后台9包括显示设备和第二无线收发装置，第二无线收发装置与第一无线收发装置配对使用，既可获取详细数据做简单状态诊断，也可发送指令控制前端系统。

如图2所示，基于油纸绝缘电力变压器油面上气体综合检测系统的检测方法，数据显示诊断后台9启动，电源模块7启动，自检完毕后发送指令使多气体综合检测模块3在电力变压器瓦斯继电器集气盒2处获取油面上特征气体信息，信息传送至组合信号灯6处直观显示各传感器的信息获取状态，同时经过信号处理模块8将输出的模拟信号转换成数字信号，再经过运算电路的处理，送入第一，第二无线信号发射装置，最终在数据显示诊断后台9的显示屏上获取到详细的气体含量信息及故障划分情况。其具体步骤是：

1)数据显示诊断后台启动系统，并自检；

2)如果系统不正常则提示报错，若正常则发送指令给多气体综合检测模块3开始采集数据，且在不发出中断或关机指令的情况下一直保持获取数据状态；

3)信号传送至组合信号灯6处，观察信号灯状态对特征气体组分作初步判断，同时获取的输出信号也将送入信号处理模块进行信号处理及下一步传输；

4)将处理后的数字信号进行放大处理，之后送入无线信号发射模块；

5)第二无线收发装置获取数据，得到特征气体检测结果。

综上所述，本实施例利用油纸绝缘电力变压器油面上气体综合检测系统，可在实验室搭建的模拟电力变压器突发性严重绝缘故障实验平台上实现实时在线监测特征气体变化信息。并且通过一些参量的调整，利用控制变量法，获取不同实验参量下实验数据，获取的数据又可以供后续分析使用，这对于油纸绝缘电力设备使用寿命预测，绝缘系统故障诊断等都具有指导意义。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种油纸绝缘电力变压器油面上气体综合检测系统，包括变压器本体及瓦斯继电器集气盒；其特征在于：还包括多气体综合检测模块、组合信号灯、电源模块、信号处理模块以及数据显示诊断后台；多气体综合检测模块与变压器本体的瓦斯继电器集气盒连接，多气体综合检测模块、信号处理模块和组合信号灯均通过屏蔽电缆线连接到电源模块，多气体综合检测模块通过屏蔽电缆线分别与信号处理模块和组合信号灯连接，信号处理模块通过屏蔽电缆线与组合信号灯连接，信号处理模块与数据显示诊断后台无线连接。

2.根据权利要求1所述油纸绝缘电力变压器油面上气体综合检测系统，其特征在于：多气体综合检测模块采用多气体集成式电化学传感器附带一个油枕；由传感电极或工作电极和反电极组成，并由一个薄电解层隔开，用于检测多种气体成分；油枕用于模拟实际大型密闭变压器的呼吸过程。

3.根据权利要求1所述油纸绝缘电力变压器油面上气体综合检测系统，其特征在于：信号处理模块包括信号转换电路、运放电路以及第一无线收发装置。

4.根据权利要求1所述油纸绝缘电力变压器油面上气体综合检测系统，其特征在于：组合信号灯包括红、黄、蓝、绿、橙5种颜色信号灯，每种颜色依次对应甲烷、乙烯、乙炔、氢气和CO这五种电化学气体传感器的输出端，用于在获得详细气体数据前的快速状态评估。

5.根据权利要求3所述油纸绝缘电力变压器油面上气体综合检测系统，其特征在于：数据显示诊断后台包括显示设备、第二无线收发装置。

6.根据权利要求1-5任意一项所述油纸绝缘电力变压器油面上气体综合检测系统的检测方法，通过多气体综合检测模块在电力变压器的瓦斯继电器集气盒处获取油面上特征气体信息，将信息传送至组合信号灯处直观显示各传感器的信息获取状态，同时经过信号处理模块将输出的模拟信号转换成数字信号，再经过运放电路的处理，送入第一无线收发装置、第二无线收发装置，最终在显示设备上获取到详细的检测信息；其特征在于：具体步骤如下：

步骤1、数据显示诊断后台启动系统，并自检；

步骤2、如果系统不正常则提示报错，若正常则发送指令给多气体综合检测模块开始采集数据，且在不发出中断或关机指令的情况下一直保持获取数据状态；

步骤3、信号传送至组合信号灯处，观察信号灯状态对特征气体组分作初步判断，同时获取的输出信号也将送入信号处理模块进行信号处理及下一步传输；

步骤4、将处理后的数字信号进行放大处理，之后送入第一无线收发装置；

步骤5、第二无线收发装置获取数据，得到特征气体检测结果。

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