CN114062828A - 基于集气盒的变压器故障在线监测感知装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于变压器故障检测技术领域，具体涉及基于集气盒的变压器故障在线监测感知装置及方法，基于集气盒的变压器故障在线监测感知装置，包括：集气盒本体、引气软铜管、放油管和自动取气装置，集气盒本体内充满绝缘油，集气盒本体内设置有油位指示器，集气盒本体通过引气软铜管与变压器内的气体继电器相连接，引气软铜管内设置有压力传感器，所述集气盒本体的下端设有放油管，所述放油管上设置有放油阀，自动取气装置包括：取气管、集气瓶、逆止阀和逆止阀控制器，本发明提供的方法当压力传感器检测到异常压力值时，集气盒自动取气装置开始工作，对取得的气体进行检测，进而实现实时数据监控和处理，能在第一时间发现故障。
Description
技术领域
本发明属于变压器故障检测技术领域，具体涉及基于集气盒的变压器故障在线监测感知装置及方法。
背景技术
变压器是电力系统中重要的能量交换设备，气体继电器是变压器一种常规的保护装置，利用变压器内部故障产生的气体或油流过快涌动时，发出告警信号或使变压器退出运行。但传统的气体继电器仅能在故障发生时发出信号，集气盒仅能在轻瓦斯告警后用来取气判断变压器内部故障类型，无法对内部缺陷的发展进行在线监测，具有一定的滞后性。
一种变压器故障的气体瓦斯继电器集气盒取气装置（CN201921168665.8）通过在瓦斯继电器集气盒处设置取气辅助装置、逆止阀、导气管等装置，避免负压取气时重瓦斯误动作的风险，但缺少对油滴和水分的处理，无法避免小油滴和水汽对气体检测结果的影响。一种油浸式变压器集气盒的自动取气系统及取气方法（CN11584200A）在集气盒处安装了自动取气系统，但与传统的取气时机相同，均是在变压器发出轻瓦斯告警后进行取气，缺乏对变压器实时监测的有效手段。
发明内容
本发明克服了现有技术存在的不足，提供了基于集气盒的变压器故障在线监测感知装置及方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
基于集气盒的变压器故障在线监测感知装置，包括：集气盒本体、引气软铜管、放油管和自动取气装置，所述集气盒本体内充满绝缘油，所述集气盒本体内设置有油位指示器，所述集气盒本体通过引气软铜管与变压器内的气体继电器相连接，所述引气软铜管内设置有压力传感器，所述压力传感器用于监测引气软铜管内部油或油气混合物的压力，所述集气盒本体的下端设有放油管，所述放油管上设置有放油阀，所述放油阀由放油阀控制器控制工作，所述自动取气装置包括：取气管、集气瓶、逆止阀和逆止阀控制器，所述集气盒本体的上端通过取气管与集气瓶相连接，所述取气管上设置有逆止阀，所述逆止阀由逆止阀控制器控制工作，所述集气瓶内设置有氢气浓度检测传感器、甲烷浓度检测传感器和乙炔浓度检测传感器。
进一步的，基于集气盒的变压器故障在线监测感知装置还包括：后台监控系统，所述压力传感器、氢气浓度检测传感器、甲烷浓度检测传感器、乙炔浓度检测传感器均与所述后台监控系统相连接，所述压力传感器、氢气浓度检测传感器、甲烷浓度检测传感器、乙炔浓度检测传感器的检测数据传送至所述后台监控系统，所述后台监控系统包括：处理系统和监控终端，所述处理系统用于处理检测数据，所述监控终端用于显示处理结果。
进一步的，所述取气管上设置有半透膜和水分吸收装置，所述半透膜和水分吸收装置位于所述逆止阀和集气盒本体之间，所述半透膜靠近集气盒本体，所述半透膜用于过滤油滴，所述水分吸收装置用于吸收水分，二者可对采集的气体中小油滴和水分进行过滤，避免气体中微量水分、油滴影响特征气体浓度检测结果。
进一步的，所述水分吸收装置包括：壳体、加热块、活性炭吸附块、所述壳体的两端设置有进气口和出气口，所述进气口通过取气管与集气盒本体相连接，所述出气口通过取气管与逆止阀相连接，所述加热块、活性炭吸附块均固定于壳体的内壁，所述活性炭吸附块包括：方形的网壳，所述网壳内部填充有活性炭，通过设置活性炭吸附块对水分进行吸附，加热块加速水分的吸附过程。
基于集气盒的变压器故障在线监测感知方法，包括以下步骤：
S1、压力传感器进行实时监测，当压力传感器检测到的压力值大于等于1.1倍的额定压力时，压力传感器向后台监控系统发出变压器异常信号，并发出集气盒放油信号至放油阀控制器，所述额定压力定义为变压器投运后的24小时内的压力传感器的平均值；
S2、当放油阀控制器获取到集气盒放油信号后，放油阀开启，放油管进行放油；
S3、当压力传感器检测压力恢复到额定压力时，压力传感器向放油阀控制器发出停止放油信号，放油阀关闭，停止放油；
S4、放油阀关闭后，逆止阀控制器得到取气信号，逆止阀开启，集气盒内的气体在内部气压作用下进入集气瓶内；
S5、当集气盒本体内的油位指示器检测到油位上升至最高限位时，油位指示器向逆止阀控制器发出停止取气信号，逆止阀关闭，停止取气；
S6、氢气浓度检测传感器、甲烷浓度检测传感器、乙炔浓度检测传感器分别检测集气瓶内氢气、甲烷、乙炔的气体浓度，并将检测数据发送至后台监控系统，集气瓶内的气体浓度与集气盒本体内的气体浓度相同，即为集气盒内气体浓度；
S7、由步骤S6中检测得出集气盒内氢气、甲烷和乙炔浓度分别为m1、m2和m3，m1、m2和m3的注意值分别为10uL/L、1uL/L和0.1uL/L，绝缘油中溶解氢气、甲烷和乙炔浓度分别为n1、n2和n3，n1、n2和n3的注意值分别为150 uL/L、50 uL/L和1 uL/L，绝缘油中溶解氢气、甲烷和乙炔浓度由变压器中的油色谱在线监测装置检测得出，作为本方法中的辅助判断依据，油色谱在线监测装置为变压器中的现有在线监测装置；
S8、当压力传感器向后台监控系统发出变压器异常信号时，若m1、m2、m3、n1、n2和n3均未达到对应的注意值，则表明该变压器的绝缘油内部存在气体，原因为变压器注油前抽真空度不够或气温骤降导致油中气体溶解度急剧降低；若m1、m2和m3中有一项达到注意值，表明变压器内部存在突发性缺陷，当m3超过注意值时，表明变压器内部存在突发高能放电缺陷，当m1或m2超过注意值时，表明变压器内部存在突发受潮或气泡击穿缺陷；
S9、根据集气盒内氢气浓度检测结果得出特征参数A，根据集气盒内甲烷浓度检测结果得出特征参数B，根据集气盒内乙炔浓度检测结果得出特征参数C，根据特征参数A、B、C计算得到故障程度表征系数D，根据故障程度表征系数D进行变压器故障评估判断；
S10、将m1、m2和m3数据信息和变压器故障评估判断结果发送至运维人员的监控终端，如手机、PC等。
进一步的，所述步骤S9中，若m1小于10uL/L，则A=0；若m1大于等于10uL/L且小于30uL/L，则A=1；若m1大于等于30uL/L，则A=2；
若m2小于1uL/L，则B=0；若m2大于等于1uL/L且小于5uL/L，则B=1；若m2大于等于5uL/L，则B=2；
若m3小于0.1uL/L，则C=0；若m3大于等于0.1uL/L，则C=4；
故障程度表征系数D=A+B+C，若D小于等于1，则为一般故障，若D大于1且小于4，则为严重故障，若D大于等于4，则为危急故障。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
一、本发明通过在引气软铜管处加入压力传感器，并设置自动取气装置，当压力传感器检测到异常压力值时，集气盒自动取气装置开始工作，早于传统的轻瓦斯动作后的取气时间，能够更早的发现变压器内部异常产气缺陷和成因，通过集气瓶中的氢气浓度检测传感器、甲烷浓度检测传感器和乙炔浓度检测传感器检测出集气盒内特征气体的浓度，并将检测数据结果发送至后台监控系统进行数据处理，进而实现实时监控和处理，能第一时间发现故障，自动取气装置安装于集气盒上，便于后期维护。
二、本发明设置有半透膜和水分吸收装置，二者可对采集的气体中小油滴和水分进行过滤，避免气体中微量水分、油滴影响特征气体浓度检测结果。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
图1为本发明变压器故障在线监测感知装置的示意图。
图2为本发明变压器故障在线监测感知装置的结构示意图。
图3为本发明水分吸收装置的结构示意图。
图4为本发明传感器与后台监控系统的示意图。
图中：1为集气盒本体，2为引气软铜管，3为放油管，4为油位指示器，5为压力传感器，6为放油阀，7为取气管，8为集气瓶，9为逆止阀，10为氢气浓度检测传感器，11为甲烷浓度检测传感器，12为乙炔浓度检测传感器，13为半透膜，14为水分吸收装置，15为壳体，16为加热块，17为活性炭吸附块，18为进气口，19为出气口。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
基于集气盒的变压器故障在线监测感知装置，包括：集气盒本体1、引气软铜管2、放油管3和自动取气装置，所述集气盒本体1内充满绝缘油，所述集气盒本体1内设置有油位指示器4，所述集气盒本体1通过引气软铜管2与变压器内的气体继电器相连接，所述引气软铜管2内设置有压力传感器5，所述集气盒本体1的下端设有放油管3，所述放油管3上设置有放油阀6，所述放油阀6由放油阀控制器控制工作，所述自动取气装置包括：取气管7、集气瓶8、逆止阀9和逆止阀控制器，所述集气盒本体1的上端通过取气管7与集气瓶8相连接，所述取气管7上设置有逆止阀9，所述逆止阀9由逆止阀控制器控制工作，所述集气瓶8内设置有氢气浓度检测传感器10、甲烷浓度检测传感器11和乙炔浓度检测传感器12。
变压器故障在线监测感知装置还包括：后台监控系统，所述压力传感器5、氢气浓度检测传感器10、甲烷浓度检测传感器11、乙炔浓度检测传感器12均与所述后台监控系统相连接，所述后台监控系统包括：处理系统和监控终端，所述处理系统用于处理检测数据，所述监控终端用于显示处理结果。
所述取气管上设置有半透膜13和水分吸收装置14，所述半透膜13和水分吸收装置14位于所述逆止阀9和集气盒本体1之间，所述半透膜13靠近集气盒本体1，所述半透膜13用于过滤油滴，所述水分吸收装置14用于吸收水分。
所述水分吸收装置14包括：壳体15、加热块16、活性炭吸附块17，所述壳体的两端设置有进气口18和出气口19，所述进气口18通过取气管7与集气盒本体1相连接，所述出气口19通过取气管7与逆止阀9相连接，所述加热块16、活性炭吸附块17均固定于壳体15的内壁，所述活性炭吸附块17包括：方形的网壳，所述网壳内部填充有活性炭。
根据上述装置，基于集气盒的变压器故障在线监测感知方法，包括以下步骤：
S1、压力传感器5进行实时监测，当压力传感器5检测到的压力值大于等于1.1倍的额定压力时，压力传感器5向后台监控系统发出变压器异常信号，并发出集气盒放油信号至放油阀控制器，所述额定压力定义为变压器投运后的24小时内的压力传感器的平均值。
S2、当放油阀控制器获取到集气盒放油信号后，放油阀6开启，放油管3进行放油。
S3、当压力传感器5检测压力恢复到额定压力时，压力传感器5向放油阀控制器发出停止放油信号，放油阀6关闭，停止放油。
S4、放油阀6关闭后，逆止阀控制器得到取气信号，逆止阀9开启，集气盒内的气体在内部气压作用下进入集气瓶8内。
S5、当集气盒本体1内的油位指示器4检测到油位上升至最高限位时，油位指示器4向逆止阀控制器发出停止取气信号，逆止阀9关闭，停止取气。
S6、氢气浓度检测传感器10、甲烷浓度检测传感器11、乙炔浓度检测传感器12分别检测集气瓶8内氢气、甲烷、乙炔的气体浓度，并将检测数据发送至后台监控系统，集气瓶8内的气体浓度与集气盒本体1内气体浓度相同。
S7、由步骤S6中检测得出集气盒内的氢气、甲烷和乙炔浓度分别为m1、m2和m3，m1、m2和m3的注意值分别为10uL/L、1uL/L和0.1uL/L，绝缘油中溶解氢气、甲烷和乙炔浓度分别为n1、n2和n3，n1、n2和n3的注意值分别为150 uL/L、50 uL/L和1 uL/L，绝缘油中溶解氢气、甲烷和乙炔浓度由变压器中的油色谱在线监测装置检测得出。
S8、当压力传感器向后台监控系统发出变压器异常信号时，若m1、m2、m3、n1、n2和n3均未达到对应的注意值，则表明该变压器的绝缘油内部存在气体；若m1、m2和m3中有一项达到注意值，表明变压器内部存在突发性缺陷，当m3超过注意值时，表明变压器内部存在突发高能放电缺陷，当m1或m2超过注意值时，表明变压器内部存在突发受潮或气泡击穿缺陷。
S9、根据集气盒内氢气浓度检测结果得出特征参数A，根据集气盒内甲烷浓度检测结果得出特征参数B，根据集气盒内乙炔浓度检测结果得出特征参数C，根据特征参数A、B、C计算得到故障程度表征系数D，根据故障程度表征系数D进行变压器故障评估判断；
若m1小于10uL/L，则A=0；若m1大于等于10uL/L且小于30uL/L，则A=1；若m1大于等于30uL/L，则A=2；
若m2小于1uL/L，则B=0；若m2大于等于1uL/L且小于5uL/L，则B=1；若m2大于等于5uL/L，则B=2；
若m3小于0.1uL/L，则C=0；若m3大于等于0.1uL/L，则C=4；
故障程度表征系数D=A+B+C，若D小于等于1，则为一般故障，若D大于1且小于4，则为严重故障，若D大于等于4，则为危急故障。
S10、将m1、m2和m3数据信息和变压器故障评估判断结果发送至运维人员的监控终端。
上述步骤S2-S5即为压力传感器检测出现异常时的自动取气装置的工作流程，当压力传感器检测出现异常时，放油管放油，集气盒本体1内的绝缘油排出，油位下降，变压器中的混合油气不断通过引气软铜管2进入到集气盒本体1中，当放油达到一定程度，引气软铜管2中压力恢复到额定压力后，停止放油，开启逆止阀9，集气盒本体1中的气体进入到集气瓶8中，此时变压器中的混合油气依旧不断通过引气软铜管2进入到集气盒本体1中，混合油气中的气体进入集气瓶8、绝缘油液体留在集气盒本体1，当油位指示器4检测到油位上升至最高限位时，逆止阀9关闭，停止取气，油位指示器4可防止因油位过高导致绝缘油进入到取气管中，此时即完成取气工作。
上述步骤S6-S9即为对检测结果进行处理的过程，处理完成之后将检测数据和处理结果发送至运维人员的监控终端，运维人员得到信息进行相应维护。
上述实施方式仅示例性说明本发明的原理及其效果，而非用于限制本发明。对于熟悉此技术的人皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改进。因此，凡举所述技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (6)
1.基于集气盒的变压器故障在线监测感知装置，其特征在于，包括：集气盒本体（1）、引气软铜管（2）、放油管（3）和自动取气装置，所述集气盒本体（1）内充满绝缘油，所述集气盒本体（1）内设置有油位指示器（4），所述集气盒本体（1）通过引气软铜管（2）与变压器内的气体继电器相连接，所述引气软铜管（2）内设置有压力传感器（5），所述集气盒本体（1）的下端设有放油管（3），所述放油管（3）上设置有放油阀（6），所述放油阀（6）由放油阀控制器控制工作，所述自动取气装置包括：取气管（7）、集气瓶（8）、逆止阀（9）和逆止阀控制器，所述集气盒本体（1）的上端通过取气管（7）与集气瓶（8）相连接，所述取气管（7）上设置有逆止阀（9），所述逆止阀（9）由逆止阀控制器控制工作，所述集气瓶（8）内设置有氢气浓度检测传感器（10）、甲烷浓度检测传感器（11）和乙炔浓度检测传感器（12）。
2.根据权利要求1所述的基于集气盒的变压器故障在线监测感知装置，其特征在于，还包括：后台监控系统，所述压力传感器（5）、氢气浓度检测传感器（10）、甲烷浓度检测传感器（11）、乙炔浓度检测传感器（12）均与所述后台监控系统相连接，所述后台监控系统包括：处理系统和监控终端，所述处理系统用于处理检测数据，所述监控终端用于显示处理结果。
3.根据权利要求2所述的基于集气盒的变压器故障在线监测感知装置，其特征在于，所述取气管上设置有半透膜（13）和水分吸收装置（14），所述半透膜（13）和水分吸收装置（14）位于所述逆止阀（9）和集气盒本体（1）之间，所述半透膜（13）靠近集气盒本体（1），所述半透膜（13）用于过滤油滴，所述水分吸收装置（14）用于吸收水分。
4.根据权利要求3所述的基于集气盒的变压器故障在线监测感知装置，其特征在于，所述水分吸收装置（14）包括：壳体（15）、加热块（16）、活性炭吸附块（17），所述壳体的两端设置有进气口（18）和出气口（19），所述进气口（18）通过取气管（7）与集气盒本体（1）相连接，所述出气口（19）通过取气管（7）与逆止阀（9）相连接，所述加热块（16）、活性炭吸附块（17）均固定于壳体（15）的内壁，所述活性炭吸附块（17）包括：方形的网壳，所述网壳内部填充有活性炭。
5.基于集气盒的变压器故障在线监测感知方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、压力传感器（5）进行实时监测，当压力传感器（5）检测到的压力值大于等于1.1倍的额定压力时，压力传感器（5）向后台监控系统发出变压器异常信号，并发出集气盒放油信号至放油阀控制器，所述额定压力定义为变压器投运后的24小时内的压力传感器的平均值；
S2、当放油阀控制器获取到集气盒放油信号后，放油阀（6）开启，放油管（3）进行放油；
S3、当压力传感器（5）检测压力恢复到额定压力时，压力传感器（5）向放油阀控制器发出停止放油信号，放油阀（6）关闭，停止放油；
S4、放油阀（6）关闭后，逆止阀控制器得到取气信号，逆止阀（9）开启，集气盒内的气体在内部气压作用下进入集气瓶（8）内；
S5、当集气盒本体（1）内的油位指示器（4）检测到油位上升至最高限位时，油位指示器（4）向逆止阀控制器发出停止取气信号，逆止阀（9）关闭，停止取气；
S6、氢气浓度检测传感器（10）、甲烷浓度检测传感器（11）、乙炔浓度检测传感器（12）分别检测集气瓶（8）内氢气、甲烷、乙炔的气体浓度，并将检测数据发送至后台监控系统，集气瓶（8）内的气体浓度与集气盒本体（1）内气体浓度相同；
S7、由步骤S6中检测得出集气盒内的氢气、甲烷和乙炔浓度分别为m1、m2和m3，m1、m2和m3的注意值分别为10uL/L、1uL/L和0.1uL/L，绝缘油中溶解氢气、甲烷和乙炔浓度分别为n1、n2和n3，n1、n2和n3的注意值分别为150 uL/L、50 uL/L和1 uL/L，绝缘油中溶解氢气、甲烷和乙炔浓度由变压器中的油色谱在线监测装置检测得出；
S8、当压力传感器向后台监控系统发出变压器异常信号时，若m1、m2、m3、n1、n2和n3均未达到对应的注意值，则表明该变压器的绝缘油内部存在气体；若m1、m2和m3中有一项达到注意值，表明变压器内部存在突发性缺陷，当m3超过注意值时，表明变压器内部存在突发高能放电缺陷，当m1或m2超过注意值时，表明变压器内部存在突发受潮或气泡击穿缺陷；
S9、根据集气盒内氢气浓度检测结果得出特征参数A，根据集气盒内甲烷浓度检测结果得出特征参数B，根据集气盒内乙炔浓度检测结果得出特征参数C，根据特征参数A、B、C计算得到故障程度表征系数D，根据故障程度表征系数D进行变压器故障评估判断；
S10、将m1、m2和m3数据信息和变压器故障评估判断结果发送至运维人员的监控终端。
6.根据权利要求5所述的基于集气盒的变压器故障在线监测感知方法，其特征在于，所述步骤S9中，若m1小于10uL/L，则A=0；若m1大于等于10uL/L且小于30uL/L，则A=1；若m1大于等于30uL/L，则A=2；
若m2小于1uL/L，则B=0；若m2大于等于1uL/L且小于5uL/L，则B=1；若m2大于等于5uL/L，则B=2；
若m3小于0.1uL/L，则C=0；若m3大于等于0.1uL/L，则C=4；
故障程度表征系数D=A+B+C，若D小于等于1，则为一般故障，若D大于1且小于4，则为严重故障，若D大于等于4，则为危急故障。
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|---|---|---|---|---|
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| CN115754037A (zh) * | 2022-10-26 | 2023-03-07 | 国网新疆电力有限公司吐鲁番供电公司 | 一种多点位色谱在线监测系统 |
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