CN113959956A - 一种变压器油中溶解气体双腔室光声光谱监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变压器油中溶解气体双腔室光声光谱监测系统，包括油气分离单元、气体检测单元、控制单元和气体分析单元，油气分离单元与变压器相连接，油气分离单元与气体检测单元通过气体收送装置相连接，气体检测单元通过控制单元与气体分析单元相连接；油气分离单元对变压器绝缘油中的溶解气体进行脱气采样和油气分离，气体检测单元对样气进行光声光谱检测，气体分析单元对控制单元传输的数据进行分析和整理。本发明采用上述结构的一种变压器油中溶解气体双腔室光声光谱监测系统，解决了气相色谱法需要经常更换耗材、寿命短的缺点，解决了普通型光声光谱对交叉气体检测灵敏度低、稳定性差的的问题。
Description
技术领域
本发明涉及变压器油监测技术领域，尤其是涉及一种变压器油中溶解气体双腔室光声光谱监测系统。
背景技术
变压器是供电系统的核心，其工作状态正常与否直接关系着社会各种设施的正常运行。通过定期的预防性检修使设备周期性地恢复到接近新设备的状态，防止或延迟了故障的发生，最大限度地保证牵引供电系统运行的可靠性。但是长期经验也表明这种检修方式也有它的局限性，因此对现行的维修体系进行根本性变革也迫在眉睫，以在线监测为基础的“状态维修体系”逐渐取代“预防性维修体系”成为新的发展趋势。
传统油中溶解气体的在线监测分析方法是采用气相色谱法，目前国内变压器都配备着色谱法DGA系统，而且所有主要生产商的技术都高度趋同。色谱法大都采用半导体类非线性传感器，即使现场标定也无法保证准确性。而由于用到消耗性的载气，使其维护成本较高。尤其对于大多数地处偏远的变电站，气体钢瓶的更换是一件很麻烦的事情。另外变压器油中脱出气体中高沸点组份在色谱柱的积累也会造成分离效果下降，需要定期老化或更换。气相色谱技术管路复杂、组件多，仪器长期运行的稳定性和可靠性不够。国内在线色谱绝缘油分析产品有：宁波理工MGA2000变压器色谱在线监测系统，其采用特制的纳米晶半导体检测器检测H2、CO、CH4、C2H4、C2H2、C2H6、总烃；采用微水检测单元检测H2O。国内已有部分厂家在电力行业应用该技术检测油中溶解气体的分析，但是受到技术和研究人员的限制，其产品并不能满足国内市场需要。大家已逐步认识到色谱法的不足并将目光转到光谱法。
发明内容
本发明的目的是提供一种变压器油中溶解气体双腔室光声光谱监测系统，解决了气相色谱法需要经常更换耗材、寿命短的缺点，解决了普通型光声光谱对交叉气体检测灵敏度低、稳定性差的的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种变压器油中溶解气体双腔室光声光谱监测系统，包括油气分离单元、气体检测单元、控制单元和气体分析单元，所述油气分离单元与变压器相连接，所述油气分离单元与所述气体检测单元通过气体收送装置相连接，所述气体检测单元通过所述控制单元与所述气体分析单元相连接；
所述油气分离单元，对变压器绝缘油中的溶解气体进行脱气采样和油气分离，包括油泵、脱气装置、气泵、真空泵；
所述气体检测单元，对样气进行光声光谱检测，包括依次连接的ad转换器、光源、光声池和微音器，所述光声池包括前腔体和后腔体，所述前腔体为气体静置腔室，所述后腔体与所述微音器相连接；
所述气体分析单元对所述控制单元传输的数据进行分析和整理。
优选的，所述油泵与所述变压器的取油口相连接，所述油泵与所述脱气装置的进口相连接，所述真空泵与所述脱气装置的出油口相连接，所述真空泵将脱完气的绝缘油送回所述变压器的油箱，所述气泵与所述脱气装置的出气口相连接，所述气泵通过所述气体收送装置与所述前腔体相连接。
优选的，所述光源为芯片级电子调制光源，所述微音器为驻极体电容微音器。
优选的，所述气体分析单元在对监测的多种气体进行分析时，基于灰关联分析和支持向量机算法的变压器绝缘油中溶解特征气体浓度预测方法，输入基于支持向量机算法的变压器绝缘油中溶解气体浓度预测模型，得到预测目标特征气体未来三日的绝缘油中溶解浓度；基于油中溶解气体的变压器设备故障智能诊断分析模型，通过对变压器故障时产生的特征气体进行数据分析，总结变压器故障类型与油中溶解气体的关联机理和规律，构建变压器故障诊断规则集。
因此，本发明采用上述结构的一种变压器油中溶解气体双腔室光声光谱监测系统，通过油气分离单元对变压器绝缘油进行真空脱气，分离出的样气送入气体检测单元后进行光声光谱检测，检测到的光声信号由控制单元送往气体分析单元并进行数据分析，从而通过变压器绝缘油中溶解的各种气体的数据特征预测变压器故障。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明一种变压器油中溶解气体双腔室光声光谱监测系统实施例的运行原理图。
具体实施方式
以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例
如图所示，一种变压器油中溶解气体双腔室光声光谱监测系统，包括油气分离单元、气体检测单元、控制单元和气体分析单元，油气分离单元与变压器相连接，油气分离单元与气体检测单元通过气体收送装置相连接，气体检测单元通过控制单元与气体分析单元相连接。
油气分离单元，对变压器绝缘油中的溶解气体进行脱气采样和油气分离，包括油泵、脱气装置、气泵、真空泵。油泵同时与变压器的取油口和脱气装置的进口相连接，通过管道将变压器的绝缘油倒入脱气装置中采用真空脱气方法进行真空脱气。真空泵与脱气装置的出油口相连接，真空泵将脱完气的绝缘油送回变压器的油箱。气泵与脱气装置的出气口相连接，将分离出的样气送出。油气分离单元不停电安装，油泵通过取油口直接取样，分析完成后油样返回油箱，安装过程不需要停电。采用真空脱气效率高，可以在一小时内实现脱气平衡，脱气油样不与外空气接触，油样零污染零损耗，保证变压器回油安全。
气体检测单元，对分离出的样气进行光声光谱检测，包括依次连接的ad转换器、光源、光声池和微音器。Ad转换器用于将输入电源转换为光源的可用电源。光源用于发生脉冲光，该光源为芯片级电子调制光源，是可编程光源，自动调制频率，省去了机械调式调制器，降低了机械噪音，调制质量更高，光源辐射电磁波更稳定，使设备不仅具有很高的灵敏度，而且功率小、耗能低、衰减小，对环境的依赖小，受环境温度、环境湿度等因素的影响小，寿命长，可靠性和稳定性良好。
光声池包括前腔体和后腔体。前腔体为气体静置腔室，通过气体收送装置与气泵相连接，来自脱气装置的样气先进入气体静置腔室，静置一段时间后进入后腔体，使后腔体不受高挥发性气体的污染，避免了普通的光声光谱因光学检测窗口污染而导致的测量精度降低的问题。后腔体与微音器相连接，样气在后腔体内受到来自光源的单色脉冲光照射，吸收光能后激发并产生声信号，声信号被微音器接收，微音器为驻极体电容微音器，由声电转化和阻抗变换两部分组成。
微音器将声信号转化为电信号后，通过控制单元将数据输送至气体分析单元，气体分析单元对样气的浓度特征等信息进行分析和整理。控制单元还具有流程控制的功能。气体分析单元在对监测的多种气体进行分析时，基于灰关联分析和支持向量机算法的变压器绝缘油中溶解特征气体浓度预测方法，输入基于支持向量机算法的变压器绝缘油中溶解气体浓度预测模型，得到预测目标特征气体未来三日的绝缘油中溶解浓度；基于油中溶解气体的变压器设备故障智能诊断分析模型，通过对变压器故障时产生的特征气体进行数据分析，总结变压器故障类型与油中溶解气体的关联机理和规律，构建变压器故障诊断规则集。这样就能利用油中溶解特征气体的特点及时发现变压器内部的潜伏性故障，实现变压器故障的快捷智能诊断，提升对设备的超前控制能力。
整个系统采用工业级嵌入式一体化平台，直接与站控层通信，集成流程控制、数据采集、油气分离、光声光谱分析、故障诊断及IEC61850通信等功能于一体；支持网络/光纤、无线通讯(GSM/GPRS)等方式；具备数据WEB程浏览与控制功能，界面友好。各单元采用模块化设计，可以实现更换核心部件而不需要现场调试标定。支持一小时内一次性完成9种特征气体和微水的检测，对于变压器快速发展性故障起到紧急看护作用。
系统采用光声光谱探测技术探寻油中溶解气体特征，摈弃了传统的气相色谱法，无需载气、无需标气、无色谱柱及色谱柱老化、污染、饱和等缺点，不受CO或其他高挥发性组分污染，在寿命期内基本免维护，检测范围宽，设备体积小，部件使用寿命长。
因此，本发明采用上述结构的一种变压器油中溶解气体双腔室光声光谱监测系统，通过油气分离单元对变压器绝缘油进行真空脱气，分离出的样气送入气体检测单元内进行光声光谱检测，检测到的光声信号由控制单元送往气体分析单元并进行数据分析，从而通过变压器绝缘油中溶解的各种气体的数据特征预测变压器故障。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (4)
1.一种变压器油中溶解气体双腔室光声光谱监测系统，其特征在于：包括油气分离单元、气体检测单元、控制单元和气体分析单元，所述油气分离单元与变压器相连接，所述油气分离单元与所述气体检测单元通过气体收送装置相连接，所述气体检测单元通过所述控制单元与所述气体分析单元相连接；
所述油气分离单元，对变压器绝缘油中的溶解气体进行脱气采样和油气分离，包括油泵、脱气装置、气泵、真空泵；
所述气体检测单元，对样气进行光声光谱检测，包括依次连接的ad转换器、光源、光声池和微音器，所述光声池包括前腔体和后腔体，所述前腔体为气体静置腔室，所述后腔体与所述微音器相连接；
所述气体分析单元对所述控制单元传输的数据进行分析和整理。
2.根据权利要求1所述的一种变压器油中溶解气体双腔室光声光谱监测系统，其特征在于：所述油泵与所述变压器的取油口相连接，所述油泵与所述脱气装置的进口相连接，所述真空泵与所述脱气装置的出油口相连接，所述真空泵将脱完气的绝缘油送回所述变压器的油箱，所述气泵与所述脱气装置的出气口相连接，所述气泵通过所述气体收送装置与所述前腔体相连接。
3.根据权利要求1所述的一种变压器油中溶解气体双腔室光声光谱监测系统，其特征在于：所述光源为芯片级电子调制光源，所述微音器为驻极体电容微音器。
4.根据权利要求1所述的一种变压器油中溶解气体双腔室光声光谱监测系统，其特征在于：所述气体分析单元在对监测的多种气体进行分析时，基于灰关联分析和支持向量机算法的变压器绝缘油中溶解特征气体浓度预测方法，输入基于支持向量机算法的变压器绝缘油中溶解气体浓度预测模型，得到预测目标特征气体未来三日的绝缘油中溶解浓度；基于油中溶解气体的变压器设备故障智能诊断分析模型，通过对变压器故障时产生的特征气体进行数据分析，总结变压器故障类型与油中溶解气体的关联机理和规律，构建变压器故障诊断规则集。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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