CN114279994A - 一种适用于气体继电器的变电站气体在线监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本公开提出了一种适用于气体继电器的变电站气体在线监测装置及方法，包括第一气体检测系统、第二气体检测系统第三气体检测系统和控制系统；气体继电器两端分别设置有第一气体检测系统和第二气体检测系统；第一气体检测系统、第二气体检测系统和第三气体检测系统均与所述控制系统连接；第三气体检测系统为独立设置的单一组分气体检测系统；在连接变压器的主路气体继电器两端分别设置了第一气体检测系统和第二气体检测系统，通过两个检测系统对气体的检测结果的比较实现对变压器风险的判断；同时，通过比较支路气体继电器的动作特性与主路气体继电器的动作特性，判断气体成分对主路气体继电器的动作特性的影响程度。

Description

一种适用于气体继电器的变电站气体在线监测装置及方法

技术领域

本公开属于变压器技术领域，尤其涉及一种适用于气体继电器的变电站气体在线监测装置及方法。

背景技术

变压器内部意外发生故障时，会产生电弧，电弧会导致变压器油分解，分解过程会产生大量甲烷、乙炔、氢气、一氧化碳、二氧化碳、乙烯和乙烷等特征气体，故障程度越大，产生的气体量就越大，每一种特征气体都有不同的性质，气体的种类和含量在一定程度上表征了变压器故障的原因和故障的严重程度。

在实际工作中，当气体继电器报警后，工作人员需要到现场进行故障排除，同时需要采集一定量的气体进行故障分析，该过程中工作人员需要近距离靠近故障的变压器并进行一定的操作；对于刚发生故障且未究明故障原因的变压器来说，随时都有可能发生二次故障，导致变压器进一步损坏。

本公开发明人发现，

1.在对故障气体进行检测时，缺乏对故障变压器风险的判断，并且不能实现判断气体成分对气体继电器的动作特性的影响程度；

2.采集的气体可能已经泄露或者与空气混合在一起，使得后续操作人员对气体的分析出现误差；同时现场的操作人员也将会面临巨大的人身安全隐患。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种适用于气体继电器的变电站气体在线监测装置及方法，本公开在连接变压器的主路气体继电器两端分别设置了第一气体检测系统和第二气体检测系统，通过两个检测系统对气体的检测结果的比较实现对变压器风险的判断，同时，设置单一组分气体检测系统，通过单一组分气体检测系统中对应气体触发支路气体继电器动作，并产生相应的动作特性，并与主路气体继电器之前被触发的动作特性相互比较，判断气体成分对主路气体继电器的动作特性的影响程度。

为了实现上述目的，第一方面，本公开提供了一种适用于气体继电器的变电站气体在线监测装置，采用如下技术方案：

一种适用于气体继电器的变电站气体在线监测装置，包括第一气体检测系统、第二气体检测系统第三气体检测系统和控制系统；

所述气体继电器两端分别设置有所述第一气体检测系统和所述第二气体检测系统；

所述第一气体检测系统、所述第二气体检测系统和所述第三气体检测系统均与所述控制系统连接；

所述第三气体检测系统为独立设置的单一组分气体检测系统。

进一步的，所述第一气体检测系统设置在变压器和气体继电器之间。

进一步的，所述第一气体检测系统包依次连接的第一阀门、前置监测腔和前置特征气体分析模块。

进一步的，所述前置监测腔还连接有前置移动采集腔。

进一步的，所述第二气体检测系统包依次连接的第二阀门、后置监测腔和后置特征气体分析模块；所述后置监测腔还连接有后置移动采集腔。

进一步的，所述后置监测腔还连接有后置移动采集腔。

进一步的，所述前置监测腔和所述后置监测腔均为柱状或椭圆状腔体。

进一步的，所述第三气体检测系统依次连接的储气瓶和第三阀门；所述第三阀门与支路气体继电器连接。

进一步的，第三气体检测系统所述第三气体检测系统为多个。

为了实现上述目的，第二方面，本公开还提供了一种适用于气体继电器的气体在线监测方法，采用如下技术方案：

一种适用于气体继电器的变电站气体在线监测方法，采用了如第一方面所述的适用于气体继电器的变电站气体在线监测装置；包括：通过第一气体检测系统和第二气体检测系统对气体的检测结果的比较，判断变压器风险；压力不再发生变化时表明变压器处于稳定状态；

通过支路气体继电器的动作特性与主路气体继电器的动作特性比较，判断气体成分对主路气体继电器的动作特性的影响程度。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

1.本公开在连接变压器的主路气体继电器两端分别设置了第一气体检测系统和第二气体检测系统，通过两个检测系统对气体的检测结果的比较实现对变压器风险的判断，同时，设置单一组分气体检测系统，通过单一组分气体检测系统对应气体触发支路气体继电器动作，并产生相应的动作特性，并与主路气体继电器之前被触发的动作特性相互比较，判断气体成分对主路气体继电器的动作特性的影响程度。

2.本公开中，第一气体检测系统和第二气体检测系统中均设置有移动采集腔，分别用于采集故障发生瞬间产生的气体，不再需要工作人员现场进行采集；同时也可以为后续对故障变压器产生气体进一部分析提供材料支持。

附图说明

构成本实施例的一部分的说明书附图用来提供对本实施例的进一步理解，本实施例的示意性实施例及其说明用于解释本实施例，并不构成对本实施例的不当限定。

图1为本公开实施例1的整体流程示意图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

变压器是输配电的基础设备，广泛应用于工业、农业、交通、城市社区等领域。变压器在电力运输中占据着非常重要的位置，保证变压器的正常运行是保证电力正常运输的首要任务。

变压器的内部往往会设置变压器油，变压器油俗称方棚油，是石油的一种分馏产物，呈浅黄色透明状，由于其具有绝缘性和较大的比热性，常用在变压器中作为绝缘保护和散热介质。当变压器内部意外发生故障时，会产生电弧，电弧会导致变压器油分解，分解过程会产生大量甲烷、乙炔、氢气、一氧化碳、二氧化碳、乙烯、乙烷等特征气体，故障程度越大，产生的气体量就越大，每一种特征气体都有不同的性质，气体的种类和含量在一定程度上表征了变压器故障的原因和故障的严重程度。

正如背景技术中记载的，在实际工作中，当气体继电器报警后，工作人员需要到现场进行故障排除，同时需要采集一定量的气体进行故障分析，由于该过程中工作人员需要近距离靠近故障的变压器并进行一定的操作，对于刚发生故障且未究明故障原因的变压器来说，随时都有可能发生二次故障，导致变压器进一步损坏，而且采集的气体可能已经泄露或者与空气混合在一起，使得后续操作人员对气体的分析出现误差；同时现场的操作人员也将会面临巨大的人身安全隐患。

实施例1：

如图1所示，一种适用于气体继电器的变电站气体在线监测装置，包括变压器、主路气体继电器、前置监测腔、后置监测腔和单一气体检测支路。

所述主路气体继电器通过管道与所述变压器相互连通，所述前置监测腔通过第一阀门连通在所述主路气体继电器进气端的管道上；所述后置监测腔通过第二阀门连通在所述主路气体继电器出气端的管道上；当所述变压器发生故障时，内部产生电弧使变压器油分解产生气体，气体在连通的管道上流通，并流经主路气体继电器并触发其发生动作发出报警信号。

实际情况中，所述前置监测腔可以为柱状或椭圆状腔体，与所述主路气体继电器进气端所连通的管道通过三通管道进行连通；所述后置监测腔同样可以为柱状或椭圆状的腔体，与所述主路气体继电器出气端所述连通的管道通过三通管道进行连通。所述主路气体继电器前后的故障产生的气体，会在所述主路气体继电器触发动作的瞬间内涌进所述前置监测腔和所述后置监测腔。

所述前置监测腔上设有前置特征气体分析模块，所述前置特征气体分析模块与计算机控制系统信号连接；所述后置监测腔上设有后置特征气体分析模块，后置特征气体分析模块与所述计算机控制系统信号连接；所述前置特征气体分析模块的作用是分析前置监测腔中的气体成分和浓度，并通过电信号的方式输送至计算机控制系统中，测试气体成分和浓度通过现有技术实现，特征气体分析模块采用现有设备；所述后置特征气体分析模块的作用是分析所述后置监测腔中的气体成分和浓度，并通过电信号的方式输送至所述计算机控制系统中，所述计算机系统中会对前置监测腔中的特征气体的种类和浓度进行比对来判断各组分的气体是否发生变化以排除主路气体继电器对某一种类气体的干扰，并于计算机控制系统中进行相应标记。

在本实施例中，单一气体检测支路可以设有若干个，每个单一气体检测支路中依次连通设有储气罐、支路阀门和支路气体继电器；若干支路阀门均与所述计算机控制系统信号连接。当所述前置特征气体分析模块检测到前置监测腔内存在某几种特征气体时，所述计算机控制系统将会控制对应的单一气体检测支路中的支路阀门开启，使相应的单一组分的对应气体触发该支路上的支路气体继电器动作，并产生相应的动作特性，并与所述主路气体继电器之前被触发的动作特性相互比较，判断气体成分对所述主路气体继电器的动作特性的影响程度。本实施例中，所述支路阀门采用调节式的电动阀门，其开合程度受相应的计算机控制系统的控制。当所述前置监测腔上的集成气体传感器检测到相应气体后，通过上位机以电信号的形式传输至所述计算机控制系统，所述计算机控制系统得到相应的信号反馈以后，将控制信号传输至支路阀门，在进行调节的同时同步进行各个支路内气压和温度的监测，当单一支路的气压和温度达到与前置监测腔气压和温度一致时，停止相应的支路阀门动作，来保证前后气压和温度的一致性。整个自动化流程有赖于预设的PLC程序和计算机控制系统。

单一气体检测支路上的支路气体继电器触发动作时，计算机控制系统记录其触发的响应程度，在同温同压下比对不同种类的气体对支路气体继电器的影响程度，进而同实际故障中油气(多种混合气体)对所述主路气体继电器的影响程度进行比对，以分析变压器故障时油气触发主路气体继电器时的影响因素。

在本实施例中，所述第一阀门和所述第二阀门均采用电磁阀，且均为单向电磁阀，具体单向方向分别对应为：从所述主路气体继电器所在的管道指向所述前置监测腔、从所述主路气体继电器所在的管道指向所述后置监测腔，以此保证从变压器中流通出的气体只能进入到所述前置检测腔或所述后置监测腔中，防止所述前置监测腔中或所述后置监测腔中的气体回流到所述主路气体继电器所在的管道，误触所述主路气体继电器发生动作，所述第一阀门与所述计算机控制系统信号连接，只有当所述主路气体继电器发生故障以后，所述第一阀门才会打开，这样设置的目的在于，保证变压器中故障产生的气体在第一时间内全部触发所述主路气体继电器动作，而不是存在一部分进入到前置检测腔内，削弱气体的压强，导致不能触发主路气体继电器动作造成故障发生而未报警的情况发生。

所述前置监测腔和所述后置监测腔上分别对应可拆设有前置移动式采集腔和后置移动式采集腔。所述前置移动采集腔和所述后置移动采集腔是一个类似瓶装的密封腔，其上设有进气口，对应的进气口和分别与所述前置监测腔和所述后置监测腔螺纹连接，需要注意的是，所述前置移动采集腔和所述后置移动采集腔内的气体是只进不出的，当收集到一定容量时，即与对应监测腔压强平衡的时候，停止收集，等故障排出以后，工作人员可于任意时刻将采集的气体带走进行后续进一步的研究。

需要注意的是，若干单一气体检测支路上的若干支路气体继电器与所述主路气体继电器规格种类相同。

所述前置监测腔和所述后置监测腔上均设有气压传感器和温度传感器，气压传感器和温度传感器分别用于检测所述前置监测腔和所述后置监测腔内的气压和温度。所述气压传感器设置在所述前置监测腔和所述后置监测腔的腔体壁上，其监测触头与腔体内部相互连通，可以直接监测腔体内部的压力变化；所述温度传感器同样设置在所述前置监测腔和所述后置监测腔的腔体壁上，所述温度传感器的探头位于腔体的内部，以实时监测腔体内部的温度变化，所述气压传感器和所述温度传感器与上位机电信号连接，上位机与所述计算机控制系统连接，将测得的数据实时传输给所述计算机控制系统，计算机进而控制单一气体检测支路上的支路阀门开启不同的程度，待相应的支路上设置的气压传感器检测到支路气压与之前前置监测腔的压力相同时，停止对支路阀门的调节，整个控制流程由预先设定的PLC程序来实现，温度传感器亦是如此。

所述前置特征气体分析模块和所述后置特征气体分析模块中均包括集成气体传感器，集成气体传感器中包括多种气体的传感模组，如氢气传感器模组，甲烷传感器模组，一氧化碳传感器模组，二氧化碳传感器模组，氮气传感器模组等传感器模组，相应的传感器模组均通过上位机与计算机控制系统相连，可以准确得出气体的成分组成和个成分的浓度。集成气体传感器为现有技术，该处不再进行赘述。

工作原理：

变压器发生故障产生气体，气体流入到主路气体继电器中，触发主路气体继电器动作，在动作的一瞬间触发报警，并同时在计算机控制系统的作用下，控制打开第一阀门打开，使得气体进入到前置监测腔中，同时第二阀门也将在计算机控制系统的作用下打开，使得气体进入到后置监测腔中，前置监测腔和后置监测腔中的温度传感器和气压传感器分别测得两个监测腔中的温度和压力，前置监测腔中测得的温度和压力可以作为后续单一气体检测支路中检测时其该支路中设定的温度和压力标准；以此来保证单一气体检测支路工作时的温度和压力值与主路中的温度和压力值相同；同时前置监测腔和后置监测腔上的压力值还可以作为一个风险判断标准，当在一定时间内两者压力不再发生变化时，即表明故障的变压器目前处于一种稳定状态，若检测到的压力处于波动的状态，则表明故障变压器处于不稳定状态，存在安全风险，实际工作中还会结合其他视觉、电流信号、等检测方式来判断故障变压器的风险等级；前置监测腔上的前置特征气体分析模块通过集成气体传感器可以得到该腔内的特征气体的种类，继而通过计算机控制系统打开相应单一气体检测支路，在温度和压力相同的情况下来检测单一气体对相应的支路气体继电器的触发程度；前置监测腔和后置监测腔上还分别设有前置移动采集腔和后置移动采集腔，分别用于采集故障发生瞬间产生的气体，可以为后续对故障变压器产生气体进一部分析提供支持。

本实施例中，前置监测腔和后置监测腔中的温度传感器和气压传感器分别测得两个监测腔中的温度和压力，前置监测腔中测得的温度和压力可以作为后续单一气体检测支路中检测时其该支路中设定的温度和压力标准；以此来保证单一气体检测支路工作时的温度和压力值与主路中的温度和压力值相同；同时前置监测腔和后置监测腔上的压力值还可以作为一个风险判断标准，当在一定时间内两者压力不再发生变化时，即表明故障的变压器目前处于一种稳定状态，若检测到的压力处于波动的状态，则表明故障变压器处于不稳定状态，存在安全风险；前置监测腔上的前置特征气体分析模块通过集成气体传感器可以得到该腔内的特征气体的种类，继而通过计算机控制系统打开相应单一气体检测支路，在温度和压力相同的情况下来检测单一气体对相应的支路继电器的触发程度；无需工作人员在场，也能在计算机控制系统的控制下，检测气体种类对气体继电器的影响程度。

本实施例中，前置检监测腔和后置监测腔上分别设有前置移动采集腔和后置移动采集腔，分别用于采集故障发生瞬间产生的气体，不再需要工作人员现场进行采集；同时也可以为后续对故障变压器产生气体进一部分析提供材料支持。

实施例2：

本实施例公开了一种适用于气体继电器的变电站气体在线监测方法，采用了如实施例中所述的适用于气体继电器的变电站气体在线监测装置；包括：通过第一气体检测系统和第二气体检测系统对气体的检测结果的比较，判断变压器风险；压力不再发生变化时表明变压器处于稳定状态；

通过支路气体继电器的动作特性与主路气体继电器的动作特性比较，判断气体成分对主路气体继电器的动作特性的影响程度。

以上所述仅为本实施例的优选实施例而已，并不用于限制本实施例，对于本领域的技术人员来说，本实施例可以有各种更改和变化。凡在本实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实施例的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于气体继电器的变电站气体在线监测装置，其特征在于，包括第一气体检测系统、第二气体检测系统第三气体检测系统和控制系统；

所述气体继电器两端分别设置有所述第一气体检测系统和所述第二气体检测系统；

所述第一气体检测系统、所述第二气体检测系统和所述第三气体检测系统均与所述控制系统连接；

所述第三气体检测系统为独立设置的单一组分气体检测系统。

2.如权利要求1所述的一种适用于气体继电器的变电站气体在线监测装置，其特征在于，所述第一气体检测系统设置在变压器和气体继电器之间。

3.如权利要求1所述的一种适用于气体继电器的变电站气体在线监测装置，其特征在于，所述第一气体检测系统包依次连接的第一阀门、前置监测腔和前置特征气体分析模块。

4.如权利要求3所述的一种适用于气体继电器的变电站气体在线监测装置，其特征在于，所述前置监测腔还连接有前置移动采集腔。

5.如权利要求1所述的一种适用于气体继电器的变电站气体在线监测装置，其特征在于，所述第二气体检测系统包依次连接的第二阀门、后置监测腔和后置特征气体分析模块；所述后置监测腔还连接有后置移动采集腔。

6.如权利要求5所述的一种适用于气体继电器的变电站气体在线监测装置，其特征在于，所述后置监测腔还连接有后置移动采集腔。

7.如权利要求3或5所述的一种适用于气体继电器的变电站气体在线监测装置，其特征在于，所述前置监测腔和所述后置监测腔均为柱状或椭圆状腔体。

8.如权利要求1所述的一种适用于气体继电器的变电站气体在线监测装置，其特征在于，所述第三气体检测系统依次连接的储气瓶和第三阀门；所述第三阀门与支路气体继电器连接。

9.如权利要求1所述的一种适用于气体继电器的变电站气体在线监测装置，其特征在于，第三气体检测系统所述第三气体检测系统为多个。

10.一种适用于气体继电器的变电站气体在线监测方法，其特征在于，采用了如权利要求1-9任一项所述的适用于气体继电器的变电站气体在线监测装置；包括：通过第一气体检测系统和第二气体检测系统对气体的检测结果的比较，判断变压器风险；压力不再发生变化时表明变压器处于稳定状态；

通过支路气体继电器的动作特性与主路气体继电器的动作特性比较，判断气体成分对主路气体继电器的动作特性的影响程度。

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