CN114636885B - 变压器在线检测系统和检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种变压器在线检测系统和检测方法。变压器在线检测系统包括：热导检测器、固体氧化物燃料电池、进样模块、进气模块和控制模块。在本发明中，通过控制模块中的浓度传感器能够预先判断当前特征气体的浓度大小，并控制热导检测器是否工作。结合热导检测器和固体氧化物燃料电池各自测量浓度的优势，从而实现对较大浓度区间内的特征气体进行测量，提高了特征气体的检测精度。同时，热导检测器中流出的特征气体能够被固体氧化物燃料电池消耗，减少了特征气体对环境的污染。另外，进气模块中的第二气体不经过热导检测器进入到固体氧化物燃料电池内，从而减少了第二气体中的氧气对热导检测器中相关的热敏电阻的氧化。

Description

变压器在线检测系统和检测方法
技术领域
本发明涉及变压器检测技术领域，特别是涉及变压器在线检测系统和检测方法。
背景技术
在变压器检测技术领域，需要根据检测变压器油中溶解的特征气体浓度来评估变压器的运行状态。
由于变压器油中溶解了多种特征气体，例如甲烷以及氢气等，且各种特征气体的浓度不同，而检测设备的量程有限，因此当多种特征气体的浓度区间较大时，同一检测设备较难准确地测量特征气体的浓度。
发明内容
基于此，有必要针对现有的变压器油中溶解的多种特征气体的测量问题，提供一种变压器在线检测系统，进而还提出一种检测方法。
一种变压器在线检测系统，包括：
热导检测器，包括用于检测特征气体浓度的检测通道；
固体氧化物燃料电池，包括相连通的进气通道和出气通道，所述进气通道与所述检测通道的出口连通；
进样模块，用于释放特征气体；
进气模块，包括输送第一气体的第一通道和输送第二气体的第二通道；
所述第一通道与所述检测通道的入口连通，所述第一气体用于将特征气体载入至所述检测通道；
所述第二通道与所述进气通道的入口连通，所述第二气体向进入到所述固体氧化物燃料电池内的特征气体提供氧气；
控制模块，用于接收所述热导检测或所述固体氧化物燃料电池的电压信号以获取特征气体的浓度；
所述控制模块还包括设置于所述进样模块出口的浓度传感器，所述浓度传感器根据检测特征气体浓度控制所述热导检测器工作。
上述变压器在线检测系统，通过热导检测器和固体氧化物燃料电池来测量进样模块模组中释放的不同浓度的特征气体，并将产生相应的电压信号传递给控制模块，控制模块根据获取的信号值来获取特征气体的浓度。在本申请中，通过控制模块中的浓度传感器能够预先判断当前特征气体的浓度大小，并控制热导检测器是否工作。在结合热导检测器和固体氧化物燃料电池各自测量浓度的优势，从而实现对较大浓度区间内的特征气体进行测量，提高了特征气体的检测精度。同时，热导检测器中流出的特征气体能够被固体氧化物燃料电池消耗，减少了特征气体对环境的污染。另外，进气模块中的第二气体不经过热导检测器进入到固体氧化物燃料电池内，从而减少了第二气体中的氧气对热导检测器中相关的热敏电阻的氧化。
在其中一个实施例中，所述热导检测器包括热敏单元，所述热敏单元位于所述检测通道内，所述浓度传感器用于控制所述热敏单元工作。
在其中一个实施例中，所述变压器在线检测系统包括加热炉，所述固体氧化物燃料电池位于所述加热炉内。
在其中一个实施例中，所述热导检测器包括导热池和温控单元，所述导热池靠近所述加热炉以吸收所述加热炉的热量，所述温控单元调节所述导热池的温度。
在其中一个实施例中，所述温控单元包括第一传感器和加热模块，所述第一传感器用于检测所述导热池的温度并根据检测温度控制所述加热模块为所述导热池加热。
在其中一个实施例中，所述第一传感器为温度传感器，所述加热模块包括加热丝。
在其中一个实施例中，所述进气模块包括氮气瓶和空气发生器，所述氮气瓶用于输送所述第一气体，所述空气发生器用于输送所述第二气体。
在其中一个实施例中，所述浓度传感器为氢气浓度检测传感器。
一种检测方法，用于控制所述的变压器在线检测系统，包括：
通过所述进样模块释放特征气体，通过所述进气模块分别输送所述第一气体和所述第二气体；
通过所述浓度传感器获取特征气体的浓度，并与所述浓度传感器的浓度阈值比较；
当所述浓度传感器检测的浓度大于或等于浓度阈值时，所述浓度传感器控制所述热导检测器检测所述特征气体浓度；
通过所述热导检测器检测所述进样模块释放的特征气体浓度，并将电压信号传送给所述控制模块。
在其中一个实施例中，所述检测方法包括：
当所述浓度传感器检测的浓度小于浓度阈值时，所述浓度传感器控制所述热导检测器检测停止工作；
通过所述固体氧化物燃料电池检测所述进样模块释放的特征气体浓度，并将电压信号传送给所述控制模块。
附图说明
图1为本发明一实施例中的变压器在线检测系统的模块示意图；
图2为本发明一实施例中的变压器在线检测系统的结构示意图；
图3为本发明一实施例中的检测方法的流程示意图；
图4为本发明另一实施例中的检测方法的流程示意图。
附图标号说明：
100、热导检测器；110、检测通道；120、热敏单元；130、导热池；
140、温控单元；141、第一传感器；142、加热模块；
200、固体氧化物燃料电池；210、进气通道；220、出气通道；
300、进样模块；
400、进气模块；410、第一通道；420、第二通道；
500、控制模块；510、浓度传感器；
600、加热炉。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
在变压器检测技术领域，需要根据检测变压器油中溶解的特征气体浓度来评估变压器的运行状态。由于变压器的油中溶解了多种特征气体，例如甲烷以及氢气等，且各种特征气体的浓度不同，而检测设备的量程有限，因此当多种特征气体的浓度区间较大时，同一检测设备较难准确地测量特征气体的浓度。为此，本发明提出一种变压器在线检测系统，以较好地解决现有的设备检测特征气体的浓度时存在的不足，进而还提出一种该系统的检测方法。
参阅图1，图1示出了本发明一实施例中的变压器在线检测系统的模块示意图，本发明一实施例提供的变压器在线检测系统包括：热导检测器100、固体氧化物燃料电池200、进样模块300、进气模块400以及控制模块500。
其中，热导检测器100和固体氧化物燃料电池200用于检测进样模块300中释放的特征气体。不同的是热导检测器100灵敏度较低，在测量浓度较低的特征气体时，热导检测器100会存在信号响应较弱的问题；而固体氧化物燃料电池200测量浓度较高的特征气体时，会出现气敏饱和的问题。以特征气体为氢气举例说明，在变压器油中氢气的浓度范围在200ppm至1000ppm，其中当氢气浓度在200ppm以下时，此时可以理解为较低浓度；当氢气浓度靠近1000ppm时，此时可以理解为较高浓度。热导检测器100在氢气浓度低于200ppm时，会存在信号响应较弱的问题，导致测量浓度不准确；而固体氧化物燃料电池200能够较为精确地测量0.1ppm至300ppm的氢气浓度。
在本实施例中，热导检测器100可以采用测量浓度在A1至A2的量程，固体氧化物燃料电池200可以采用测量浓度在B1至B2的量程，其中B1小于A1值，B2值可以小于A1值或者在A1值与A2值之间。
热导检测器100的工作原理为：特征气体进入到热导检测器100时会带走热敏电阻的热量，由于不同浓度的特征气体带走的热敏电阻的热量效果不同，因此会使得热敏电阻的热量减少量不同。当热敏电阻的热量减少时，根据热敏电阻的特性，热敏电阻的电阻值将会降低，热敏电阻的电压会发生改变。热导检测检测器能够将相应的电压信号发送给控制模块500，控制模块500能够根据相应的电压信号转化为特征气体的浓度，控制模块500包括色谱工作站。需要说明的是，进气模块400中释放的特征气体为已知名称的特征气体。不同浓度的特征气体其带走热敏电阻的热量效果不同，也即热导检测器100传送给控制模块500的电压信号也不同。
固体氧化物燃料电池200的工作原理为：特征气体进入到固体氧化物燃料电池200后，特征气体会消耗固体氧化物燃料电池200内部的氧气，从而使得固体氧化物燃料电池200内部的氧气浓度降低，固体氧化物燃料电池200的外部的氧气浓度高于固体氧化物燃料电池200内部的氧气浓度，固体氧化物燃料电池200外部的氧离子会向固体氧化物内部进行移动，从而使得固体氧化物燃料电池200会产生电压的变化。由于不同浓度的特征气体消耗的氧气含量不同，因此固体氧化物燃料电池200向控制模块500发送的电压值大小也不同。
进样模块300用于释放特征气体，也即从变压器油中提取的特征气体会储存在进样模块300中。
进气模块400用于将特征气体载入至热导检测器100或者固体氧化物燃料电池200，另外进气模块400还能够为进入到固体氧化物燃料电池200内的特征气体提供氧气。
控制模块500能够接收热导检测器100或固体氧化物燃料电池200产生的电压值，并将电压值转化为特征气体的浓度。需要说明的是，控制模块500获取的电压值后可以根据积分法或者标定法来获取特征气体的浓度值。
在本发明中，通过控制模块500能够预先判断进样模块300中释放的特征气体浓度大小，然后选择热导检测器100或者固体氧化物燃料电池200来测量特征气体的浓度，从而实现对较大浓度区间内的特征气体的准确测量。
具体地，参阅图2所示，热导检测器100包括用于检测特征气体浓度的检测通道110；固体氧化物燃料电池200包括相连通的进气通道210和出气通道220，其中固体氧化物燃料电池200的进气通道210与热导检测器100的检测通道110的出口连通；特征气体在固体氧化物燃料电池200内燃烧产生的其它气体可以通过固体氧化物燃料电池200的出气通道220排出。
进气模块400包括输送第一气体的第一通道410和输送第二气体的第二通道420；其中，进气模块400中的第一通道410与热导检测器100的检测通道110的入口连通，进气模块400中的第一气体用于将特征气体载入至热导检测器100中的检测通道110。需要说明的是，第一气体通常为氮气。进气模块400中的第二通道420与固体氧化物燃料电池200的进气通道210的入口连通，进气模块400中的第二气体向进入到固体氧化物燃料电池200内的特征气体提供氧气，第二气体可以为空气。
控制模块500用于接收热导检测或固体氧化物燃料电池200的电压信号以获取特征气体的浓度。控制模块500还包括设置于进样模块300出口的浓度传感器510，其中浓度传感器510根据检测特征气体浓度控制热导检测器100工作。由于从变压器油提取的特征气体中氢气浓度一般最高，其它特征气体的浓度较低，因此浓度传感器510可以选择氢气浓度检测传感器。
本实施例的工作原理可以解释为：进样模块300中释放特征气体，特征气体的名称已知浓度未知，位于进样模块300出口处的浓度传感器510测量特征气体的浓度。浓度传感器510只能粗略的判断当前特征气体的大致浓度，也即判断当前特征浓度气体的大致区间。例如，选用的热导检测器100的测量浓度范围为A1至A2,固体氧化物燃料电池200的测量浓度为B1至B2，且B2位于A1和A2之间时，此时可以选用阈值为A1的浓度传感器510。
当浓度传感器510检测到特征气体的浓度大于或等于A1时，此时浓度传感器510控制热导检测器100工作。例如热导检测器100包括热敏单元120，热敏单元120中包括例如热敏电阻，热敏单元120位于热导检测器100的检测通道110内，浓度传感器510控制热敏单元120得电时，此时可以认为热导检测器100工作；反之，可以认为热导检测器100不工作。此时进气模块400释放第一气体和第二气体，从进气模块400中第一通道410内释放的第一气体将特征气体载入至热导检测器100的检测通道110内，热导检测器100中产生的电压信号传递至控制模块500。从热导检测器100中流出的特征气体与进气模块400的第二通道420内输送的第二气体再被输送至固体氧化物燃料电池200的进气通道210内，并被固体氧化物燃料电池200消耗。需要说明的是，热导检测器100中产生的电压信号发送给控制模块500后，固体氧化物燃料电池200产生的电压信号可以不发送给控制模块500，或者控制模块500对接收的固体氧化物燃料电池200的电压信号不处理。工作人员可以根据控制模块500中的电压信号，根据标定法再获取特征气体的浓度。
当浓度传感器510检测到特征气体的浓度小于A1时，此时浓度传感器510可以控制热导检测器100停止工作。进气模块400的第一通道410释放第一气体，进气模块400的第二通道420释放第二气体，第一气体、第二气体以及特征气体进入到固体氧化物燃料电池200的进气通道210内，特征气体在固体氧化物燃料电池200内燃烧的过程中产生的电压值传送给控制模块500。控制模块500获取电压信号后，控制模块500可以根据积分法对时间段内的电压信号积分并预设的能斯特方程公式等将电压信号直接转化为特征气体的浓度；或者工作人员根据控制模块500中的电压信号采用标定法来获取特征气体的浓度。
在本实施例中，通过浓度传感器510能够预先地判断当前特征气体的浓度大小，从而选择热导检测器100是否工作，控制模块500能够根据热导检测器100或者固体氧化物燃料电池200的电压信号以此来获取特征气体的浓度。通过本实施例中的方案，能够对较大浓度范围内的特征气体较为准确的测量。此外，热导检测器100在高浓度条件下工作，其它情况下不工作，因此还能够提高热导检测器100的使用寿命。
同时，由于热导检测器100不会消耗特征气体，因此通过固体氧化物燃料电池200的进气通道210连通热导检测器100的检测通道110，能够使得热导检测器100中排出的特征气体进入到固体氧化物燃料电池200内并在固体氧化物燃料电池内燃烧消耗，从而降低了特征气体在检测过程中对环境的污染。
另外，在结合热导检测器100与固体氧化物燃料电池200时，热导检测器100中的热敏电阻容易氧化，如果直接将进气模块400中的第二气体通入至热导检测器100中的检测通道110，容易使得热敏电阻被氧化，降低热导检测器100的使用寿命；而固体氧化物燃料电池200在工作时，需要通入第二气体。为此将进气模块400中的第一气体和第二气体进行改进，使得第二气体不进入到热导检测器100的检测通道110内，而是直接进入到固体氧化物燃料电池200的进气通道210内，从而较好地避免了热导检测器100中的热敏电阻被氧化的风险。
在固体氧化物燃料电池200工作的过程中，位于固体氧化物燃料电池200内的特征气体燃料需要温度。为了使得特征气体在固体氧化物燃料电池200能够充分燃料，在一实施例中，变压器在线检测系统包括加热炉600，其中固体氧化物燃料电池200位于加热炉600内。在本实施例中，加热炉600能够为固体氧化物燃料电池200的燃烧提供稳定的热源，从而使得固体氧化物燃料电池200内的特征气体能够充分燃烧。
热导检测器100在测量特征气体的过程中，在计算特征气体的导热系数时，根据相关的计算公式，需要控制热导检测器100的导热池130的温度恒定范围。在一实施例中，参阅图2所示，热导检测器100包括导热池130和温控单元140，其中导热池130靠近加热炉600以吸收加热炉600的热量，温控单元140调节导热池130的温度。在本实施例中，加热炉600在工作时，加热炉600的外部会辐射温度，为此可以将导热池130设置在靠近加热炉600的外部以此能够吸收加热炉600的温度。由于导热池130吸收加热炉600的温度有限，可能较难达到热导检测器100的温度要求，另外，环境的温度也会使得导热池130的温度出现波动，因此，通过温控单元140能够调节导热池130的温度，从而控制导热池130的温度在一定的温度范围内。
进一步地，在一些实施例中，参阅图2所示，温控单元140包括第一传感器141和加热模块142，第一传感器141用于检测导热池130的温度并根据检测温度控制加热模块142为导热池130加热。在本实施例中，可以通过在第一传感器141中设定温度区间范围，当第一传感器141检测到导热池130的温度低于第一传感器141中设定的温度区间范围时，此时第一传感器141控制加热模块142为导热池130加热。当第一传感器141检测到导热池130的温度落入设定温度区间范围时，此时加热模块142停止为导热池130进行加热。其中第一传感器141为温度传感器，加热模块142包括加热丝。
在一实施例中，进气模块400包括氮气瓶和空气发生器，其中氮气瓶用于输送第一气体，空气发生器用于输送第二气体。在本实施例中，第一气体为氮气，第二气体为空气。通过氮气瓶中释放的氮气能够将特征气体载入至热导检测器100以及固体氧化物燃料电池200内；空气发生器产生的空气能够为进入到固体氧化物燃料电池200内的特征气体提供氧气。
本发明还提出一种检测方法，用于检测变压器在线检测系统，参阅图3所示，具体包括：
S110：通过进样模块300释放特征气体，通过进气模块400分别输送第一气体和第二气体；
S120：通过浓度传感器510获取特征气体的浓度，并与浓度传感器510的浓度阈值比较；
S130：当浓度传感器510检测的浓度大于或等于浓度阈值时，浓度传感器510控制热导检测器100检测特征气体浓度；
S140：通过热导检测器100检测进样模块300释放的特征气体浓度，并将电压信号传送给控制模块500。
在本实施例提供的检测方法中，通过浓度传感器510预先判断进样模块300释放的特征气体浓度，由于热导检测器100对于高浓度的特征气体的灵敏度要高，因此当浓度传感器510判断当前特征气体的浓度大于等于阈值时，浓度传感器510可以控制热导检测器100工作。通过热导检测器100测量当前浓度的特征气体，相比固体氧化物燃料电池200而言，热导检测器100测量的浓度精度能够更高。
进一步地，在另一实施例中，参阅图4所示，检测方法还包括：
S210：当浓度传感器510检测的浓度小于浓度阈值时，浓度传感器510控制热导检测器100检测停止工作；
S220：通过固体氧化物燃料电池200检测进样模块300释放的特征气体浓度，并将电压信号传送给控制模块500。
在本实施例中，当浓度传感器510检测的浓度小于浓度阈值时，此时热导检测器100相比固体氧化物燃料电池200而言，固体氧化物燃料电池200的测量浓度精度要更高，浓度传感器510控制热导检测器100停止工作。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种变压器在线检测系统，其特征在于，包括：
热导检测器，包括用于检测特征气体浓度的检测通道；
固体氧化物燃料电池，包括相连通的进气通道和出气通道，所述进气通道与所述检测通道的出口连通；
进样模块，用于释放特征气体；
进气模块，包括输送第一气体的第一通道和输送第二气体的第二通道；
所述第一通道与所述检测通道的入口连通，所述第一气体用于将特征气体载入至所述检测通道；
所述第二通道与所述进气通道的入口连通，所述第二气体向进入到所述固体氧化物燃料电池内的特征气体提供氧气；
控制模块，用于接收所述热导检测器或所述固体氧化物燃料电池的电压信号以获取特征气体的浓度；
所述控制模块还包括设置于所述进样模块出口的浓度传感器，所述浓度传感器根据检测特征气体浓度控制所述热导检测器工作或者控制所述热导检测器停止工作。
2.根据权利要求1所述的变压器在线检测系统，其特征在于，所述热导检测器包括热敏单元，所述热敏单元位于所述检测通道内，所述浓度传感器用于控制所述热敏单元工作。
3.根据权利要求1所述的变压器在线检测系统，其特征在于，所述变压器在线检测系统包括加热炉，所述固体氧化物燃料电池位于所述加热炉内。
4.根据权利要求3所述的变压器在线检测系统，其特征在于，所述热导检测器包括导热池和温控单元，所述导热池靠近所述加热炉以吸收所述加热炉的热量，所述温控单元调节所述导热池的温度。
5.根据权利要求4所述的变压器在线检测系统，其特征在于，所述温控单元包括第一传感器和加热模块，所述第一传感器用于检测所述导热池的温度并根据检测温度控制所述加热模块为所述导热池加热。
6.根据权利要求5所述的变压器在线检测系统，其特征在于，所述第一传感器为温度传感器，所述加热模块包括加热丝。
7.根据权利要求1所述的变压器在线检测系统，其特征在于，所述进气模块包括氮气瓶和空气发生器，所述氮气瓶用于输送所述第一气体，所述空气发生器用于输送所述第二气体。
8.根据权利要求1所述的变压器在线检测系统，其特征在于，所述浓度传感器为氢气浓度检测传感器。
9.一种检测方法，其特征在于，用于控制权利要求1所述的变压器在线检测系统，包括：
通过所述进样模块释放特征气体，通过所述进气模块分别输送所述第一气体和所述第二气体；
通过所述浓度传感器获取特征气体的浓度，并与所述浓度传感器的浓度阈值比较；
当所述浓度传感器检测的浓度大于或等于浓度阈值时，所述浓度传感器控制所述热导检测器检测所述特征气体浓度；
通过所述热导检测器检测所述进样模块释放的特征气体浓度，并将电压信号传送给所述控制模块；
当所述浓度传感器检测的浓度小于浓度阈值时，所述浓度传感器控制所述热导检测器停止工作；
通过所述固体氧化物燃料电池检测所述进样模块释放的特征气体浓度，并将电压信号传送给所述控制模块。
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