CN114088780A - 一种运行状态下油浸电流互感器内部氢气分布的测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种运行状态下油浸电流互感器内部氢气分布的测量系统，包括油中氢气浓度测量装置和计算机数据处理系统；油中氢气浓度测量装置固定在倒置式油浸电流互感器底部取油口处，油中氢气浓度测量装置集成了电源、氢气传感器、机械传动装置、信号接收器、信号放大器以及信号输出装置；计算机数据处理系统通过信号传输模块连接从油中氢气浓度测量装置获取输出信号。本发明能够准确、高效地得到倒置式油浸电流互感器运行状态下的氢气扩散和分布情况。
Description
技术领域
本发明属于电力系统测试领域，具体涉及一种运行状态下油浸电流互感器内部氢气分布的测量系统。
背景技术
电力行业是保障社会其它行业正常稳定运行的基础性行业，在国家有关政策的引导下，电力系统发展势头迅猛，2020年全国全社会总的用电量为7.51万亿千瓦时，同比增长3.1％，全国全口径发电装机容量为22.0亿千瓦，同比增长9.5％，国家电网逐步由原来的小容量、低电压向着大容量、超高压的方向发展，一旦电力系统发生故障，将会对社会发展造成重大影响，保障电力系统安全可靠的运行对全社会有着十分重要的意义。
电流互感器是电力系统中的核心部件之一，因此对电流互感器进行及时的故障检测并实时掌握电流互感器运行状态就显得尤为必要，如果可以在电流互感器故障前对故障进行及时的排除，就可以保证电力系统的平稳运行，并降低事故造成的损失。油浸式电流互感器内部的主要绝缘材料包括变压器油、纸等绝缘材料，在电流互感器长期运行的过程中可能会发生局部放电、油性故障、电弧放电、过热或者综合故障进而导致变压器油中的绝缘材料裂解产生多种例如CH4、C2H2、H2、CO、CO2等的特征气体，这些气体溶于绝缘油中，通过分析油中溶解气体的成分和比例可以及时判断潜伏性故障类型、程度及发展趋势。
氢气是变压器故障的标志性气体之一，氢气是否存在以及含量高低直接决定电流互感器故障的判别类型。所以研究高精度高性能的氢气测量系统对电流互感器故障的在线监测和诊断具有极其重要的意义，有助于对早期故障和隐患的排查。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种运行状态下油浸电流互感器内部氢气分布的测量系统，在倒置式油浸电流互感器底部取油口加装油中氢气浓度测量装置，通过机械传动装置来调整传感器探头的位置，实现了在运行状态下测量电流互感器内部不同位置处油中氢气的浓度；采用无线传输的方式，将测量系统采集到的信号传输至外部计算机数据处理系统；设计合理、结构紧凑且便于携带与安装。
本发明采用如下的技术方案。
一种运行状态下油浸电流互感器内部氢气分布的测量系统，包括油中氢气浓度测量装置和计算机数据处理系统；
所述油中氢气浓度测量装置固定在倒置式油浸电流互感器底部的取油口上，包括电源、氢气传感器、机械传动装置、信号接收器、信号放大器、信号输出装置和连接器；
机械传动装置为一个可伸缩的机械臂，在电流互感器内部的绝缘油中移动；氢气传感器与机械传动装置连接，测量氢气浓度信号；
所述油中氢气浓度测量装置通过信号接收器、信号放大器以及信号输出装置，将氢气传感器传递的氢气浓度信号接收并且放大，然后通过无线传输的方式将数据传输至计算机数据处理系统。
进一步地，电源为氢气传感器、机械传动装置、信号接收器、信号放大器和信号输出装置供电。
进一步地，油中氢气浓度测量装置固定在油浸电流互感器底部取油口上，两者通过连接器来连接；连接器的一端通入互感器底部取油口，另一端连接氢气传感器。
进一步地，所述机械传动装置末端装有进油口，绝缘油通过机械传动装置内部的软管流入连接器，氢气传感器从连接器中获得被测油样。
进一步地，连接器顶部设置有阀门用于采集油样。
进一步地，所述油中氢气浓度测量装置中信号接收器、信号放大器和信号输出装置通过导线与氢气传感器连接。
进一步地，所述计算机数据处理系统无线接收氢气浓度测量数据，并进行可视化操作。
进一步地，氢气传感器包括单片机、数/模转换器、反应气室、金属氧化物敏感材料以及加热电阻；
在加热电阻的驱动作用下，在反应气室中，金属氧化物敏感材料与氢发生吸附作用，产生可测量的电阻变化，测得的电阻变化量通过单片机计算转换为氢气浓度含量，经过数模转换器读出氢气传感器的电压。
进一步地，还包括温湿度转换器，单片机读取温湿度传感器采集到的数据，测量不同湿度下氢气浓度范围。
进一步地，通过机械传动装置中机械臂的伸缩功能，氢气传感器可以测量电流互感器内部不同部位的油中氢气浓度。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明的运行状态下油浸电流互感器内部氢气分布的测量系统能够对于倒置式油浸电流互感器内部不同位置的油中氢气浓度进行准确、系统地测量，为电力系统绝缘安全提供有效的数据支持。
本发明的运行状态下倒置式油浸电流互感器内部氢气分布的测量系统，在倒置式油浸电流互感器底部取油口加装油中氢气浓度测量装置，通过机械传动装置来调整传感器探头的位置，实现了在运行状态下测量电流互感器内部不同位置处油中氢气的浓度。
本发明采用无线传输的方式，将测量系统采集到的信号传输至外部计算机数据处理系统，在保证氢气浓度测量的灵敏度的同时，也兼顾了携带和安装的简便性，解决了传统的色谱法无法实时地、多区域地测量互感器内部氢气浓度的问题。
附图说明
图1为本发明的运行状态下油浸电流互感器内部氢气分布的测量系统示意图；
图2为连接器示意图；
图3为机械臂示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
如图1所示，一种运行状态下油浸电流互感器内部氢气分布的测量系统，包括油中氢气浓度测量装置1和计算机数据处理系统2。
如图2所示，油中氢气浓度测量装置1固定在倒置式油浸电流互感器底部的取油口上，两者通过连接器9来连接，连接器9的一端通入互感器底部取油口，另一端连接氢气传感器，顶部设置有阀门用于采集油样，用于测量氢气浓度信号。计算机数据处理系统2通过通信模块连接油中氢气浓度测量装置1来获取氢气浓度信号。
油中氢气浓度测量装置1包括电源5、氢气传感器3、机械传动装置4、信号接收器6、信号放大器7、信号输出装置8和连接器9。
油中氢气浓度测量装置1中的氢气传感器3内部装有一个机械传动装置4，其装置内部为一个可伸缩的机械臂，机械臂可以在电流互感器内部的绝缘油中移动。
机械传动装置4中机械臂的伸缩功能可以使得氢气传感器3可以采集到电流互感器内部各点的油样，从而得到电流互感器内部不同位置的油中氢气浓度。
如图3所示，机械传动装置4末端装有进油口，通过软管连接连接器9，氢气传感器3从连接器9中获得被测油样。
氢气传感器3和机械传动装置4共同由电源5供电。
油中氢气浓度测量装置1中信号接收器6、信号放大器7和信号输出装置8通过导线与氢气传感器3连接。油中氢气浓度测量装置1通过信号接收器6、信号放大器7以及信号输出装置8，将氢气传感器3传递的氢气浓度信号接收并且放大，然后通过无线传输的方式将数据传输至计算机数据处理系统2。
计算机数据处理系统2具有无线通信功能和数据处理的功能。
油中氢气浓度测量装置1由电源5进行供电，通过氢气传感器3测量油中的氢气浓度，然后通过信号接收器6、信号放大器7和信号输出装置8将信号传递给计算机数据处理系统2。
氢气传感器3内部的核心工作部件为STM32单片机，其他部件包括数/模转换器、SHT21S温湿度转换器、反应气室、金属氧化物敏感材料以及加热电阻。在加热电阻的驱动作用下，在反应气室中，金属氧化物敏感材料MOx与氢发生吸附作用，材料由多个不同晶界的晶粒组成，吸附气体对单个晶粒具有显著的电子效应，气固相相互作用形成空间电荷，产生可测量的电阻变化，测得的电阻变化量通过STM32单片机计算转换为氢气浓度含量，从而达到测量氢气浓度的目的。
首先将编写好的程序烧录进STM32单片机中，然后由STM32经过数模转换器控制恒流电路驱动氢气传感器，并读取SHT21S温湿度传感器采集到的数据，经过数模转换器读出氢气传感器的电压，氢气传感器的电阻值与采集到的电压值之间呈线性关系。
因为氢气传感器受环境中温湿度影响较大，装置内安装SHT21S温湿度传感器可以帮助氢气传感器完成在不同湿度下氢气浓度范围的测量任务。
机械传动装置4中机械臂的伸缩功能可以使得氢气传感器3可以测量电流互感器内部不同部位的油中氢气浓度。
计算机数据处理系统2完成氢气浓度数据的整理，将油中氢气浓度测量装置1所测数据进行可视化操作，得到内部氢气浓度分布情况图。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明的运行状态下倒置式油浸电流互感器内部氢气分布的测量系统能够对于倒置式油浸电流互感器内部不同位置的油中氢气浓度进行准确、系统地测量，为电力系统绝缘安全提供有效的数据支持。
本发明的运行状态下倒置式油浸电流互感器内部氢气分布的测量系统，在倒置式油浸电流互感器底部取油口加装油中氢气浓度测量装置。通过机械传动装置来调整传感器探头的位置，实现了在运行状态下测量电流互感器内部不同位置处油中氢气的浓度。
本发明采用无线传输的方式，将测量系统采集到的信号传输至外部计算机数据处理系统，在保证氢气浓度测量的灵敏度的同时，也兼顾了携带和安装的简便性，解决了传统的色谱法无法实时地、多区域地测量互感器内部氢气浓度的问题。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种运行状态下油浸电流互感器内部氢气分布的测量系统，其特征在于，包括油中氢气浓度测量装置(1)和计算机数据处理系统(2)；
所述油中氢气浓度测量装置(1)固定在倒置式油浸电流互感器底部的取油口上，包括电源(5)、氢气传感器(3)、机械传动装置(4)、信号接收器(6)、信号放大器(7)、信号输出装置(8)和连接器(9)；
机械传动装置(4)为一个可伸缩的机械臂，在电流互感器内部的绝缘油中移动；氢气传感器(3)与机械传动装置(4)连接，测量氢气浓度信号；
所述油中氢气浓度测量装置(1)通过信号接收器、信号放大器以及信号输出装置，将氢气传感器(3)传递的氢气浓度信号接收并且放大，然后通过无线传输的方式将数据传输至计算机数据处理系统(2)。
2.根据权利要求1所述的运行状态下油浸电流互感器内部氢气分布的测量系统，其特征在于，
电源(5)为氢气传感器(3)、机械传动装置(4)、信号接收器(6)、信号放大器(7)和信号输出装置(8)供电。
3.根据权利要求1所述的运行状态下油浸电流互感器内部氢气分布的测量系统，其特征在于，
油中氢气浓度测量装置(1)固定在油浸电流互感器底部取油口上，两者通过连接器(9)来连接；连接器(9)的一端通入互感器底部取油口，另一端连接氢气传感器。
4.根据权利要求3所述的运行状态下油浸电流互感器内部氢气分布的测量系统，其特征在于，
所述机械传动装置(4)末端装有进油口，绝缘油通过机械传动装置内部的软管流入连接器(9)，氢气传感器(3)从连接器(9)中获得被测油样。
5.根据权利要求4所述的运行状态下油浸电流互感器内部氢气分布的测量系统，其特征在于，
连接器(9)顶部设置有阀门用于采集油样。
6.根据权利要求1所述的运行状态下油浸电流互感器内部氢气分布的测量系统，其特征在于，
所述油中氢气浓度测量装置(1)中信号接收器(6)、信号放大器(7)和信号输出装置(8)通过导线与氢气传感器(3)连接。
7.根据权利要求1所述的运行状态下油浸电流互感器内部氢气分布的测量系统，其特征在于，
所述计算机数据处理系统(2)无线接收氢气浓度测量数据，并进行可视化操作。
8.根据权利要求1所述的运行状态下油浸电流互感器内部氢气分布的测量系统，其特征在于，
氢气传感器(3)包括单片机、数/模转换器、反应气室、金属氧化物敏感材料以及加热电阻；
在加热电阻的驱动作用下，在反应气室中，金属氧化物敏感材料与氢发生吸附作用，产生可测量的电阻变化，测得的电阻变化量通过单片机计算转换为氢气浓度含量，经过数模转换器读出氢气传感器的电压。
9.根据权利要求8所述的运行状态下油浸电流互感器内部氢气分布的测量系统，其特征在于，
还包括温湿度转换器，单片机读取温湿度传感器采集到的数据，测量不同湿度下氢气浓度范围。
10.根据权利要求1所述的运行状态下油浸电流互感器内部氢气分布的测量系统，其特征在于，
通过机械传动装置中机械臂的伸缩功能，氢气传感器可以测量电流互感器内部不同部位的油中氢气浓度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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