CN1266988A - 溶解气体在线智能监测诊断方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种溶解气体在线智能监测诊断方法及装置,涉及充油电气设备油中溶解气体的在线智能监测及故障诊断方法及装置。该方法包括其在线智能监测方法和故障诊断方法;其装置包括油气分离机构,与油气分离机构连接的气体检测机构,与气体检测机构连接的微机控制诊断机构。本发明可直接在充油电气设备现场实现定时高灵敏度和高精度、抗干扰、监测周期短的在线智能监测,及时掌握其运行情况,及时发现和跟踪潜伏性故障,并对设备故障进行自动诊断,以便及时排除故障,提高其运行的可靠性。

Description

溶解气体在线智能监测诊断方法及装置

本发明涉及充油电气设备油中溶解气体的在线智能监测及故障诊断的方法及装置，特别用于变压器油中溶解气体在线智能监测与故障诊断。

油浸式电气设备特别是变压器不仅是属于电力系统中最重要的和最昂贵的设备，也是导致电力系统事故最多的设备之一，因此，国内外不仅要定期作以预防性试验为基础的预防性维护，而且相继都在研究以在线监测为基础的预知性维护策略。对于充油电气设备，如大型电力变压器，目前大多是用油来绝缘和散热，变压器油与油中的固体有机绝缘材料(纸和纸板等)在运行电压下因电、热、氧化和局部电弧等多种因素作用会逐渐变质，裂解成低分子气体；裂解出来的气体形成气泡在油中经过对流、扩散作用，就会不断地溶解在油中。同一类性质的故障，其产生的气体量随故障的严重程度而异，而与绝缘油的种类和牌号无关。由此可见，油中溶解气体的组分和含量在一定程度上反映出变压器绝缘老化或故障的程度，可以作为反映电气设备电气异常的特征量。

从预防性维修体系形成以来，电力运行部门通过对运行中的油浸式电气设备定期分析其溶解于油中的气体组分、含量及产气速率，总结出了能够及早发现变压器内部存在潜伏性故障、判断其是否会危及安全运行的方法即油中气体分析法。之后，国内外先后推出了在线监测多种气体的装置。日本三菱公司最先推出能在线监测H₂、CO、CH₄、C₂H₂、C₂H₄、C₂H₆六种气体的装置，但监测精度和灵敏度未满足电力系统运行的要求，监测周期长，加拿大也推出类似的装置，但监测气体种类少，灵敏度低。中国发明专利申请号为96115121.8，申请日为960228、发明名称《变压器油中溶解气体色谱在线分析装置》包括储氢钢瓶、净化器、色谱柱、氢焰放大器、真空泵、波纹脱气室、储气室、真空表、六通阀、定量管、热导池、浮子流量计、微量阀、气泵、手工进样阀、热导放大器、毛细管、压力表、离子头、转化器和铂电阻。虽然该装置也做到了在线分析，但只是常规的油色谱分析法的简单变形，无论从油气分离和气体检测方面都没有从常规的色谱分析法上作根本变革，从取油样到分析，作业程序复杂，花费的时间和费用较高，在技术经济上不能适应电力系统发展的需要；检测周期长，不能及时发现潜伏性故障和有效的跟踪发展趋势；由于上述原因，不能充分发挥油中气体分析法的有效性和优点。

本发明的目的在于提供一种溶解气体在线智能监测诊断方法和装置，以便直接在充油电气设备现场实现定时高灵敏度、高精度、抗干扰、监测周期短的在线智能监测，及时掌握其运行情况，发现和跟踪潜伏性故障，并对设备故障自动进行诊断，以便及时排除故障，提高其运行的可靠性。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

本发明的智能监测的每一循环过程按以下顺序进行：

使溶解气体在线智能监测装置处于待机状态；

判断该装置中的油气分离机构进行气体渗透时，气体压力达到动态平衡的时间2-5天；

气体压力达到动态平衡时，开气体检测机构主电源；

使检测机构转成检测状态显示；

判断检测机构中的恒温箱内的温度达到设定温度50℃±2℃。

当恒温箱内的温度达到设定温度时，开微型空气泵，开3号电磁二通阀，通过载气机构对2号检测室通过滤后的载气，延时1-2分钟，使该检测室上的的气体传感器处于稳定工作状态；

关3号电磁二通阀，开2号电磁二通阀，通过载气机构对1号检测室通过滤后的载气，延时1-2分钟，使该检测室上的气体传感器处于稳定工作状态；

开电磁六通阀，使油气分离机构中的气体与载气通路相连，并随载气经过气体恒温分离机构、多通组件、2号电磁二通阀、进入1号检测室；通过该检测室上的一组气体传感器分别检测出H₂、CO、CH₄气体信号，根据需要也可监测其中一种气体或二种气体信号，这些信号经信号初始处理板上的接线电路送入微机，由微机控制定时器T₁开；并对其采样、处理、储存；

判断采样时间40-60秒；

采样时间到后，关定时器T₁；

关2号电磁二通阀，开3号电磁二通阀，并延时20-40秒钟；

通过2号检测室上的一组气体传感器，分别检测出C₂H₄、C₂H₂、C₂H₆气体信号，根据需要也可监测其中一种气体或二种气体，这些信号经信号初始处理板上的接线电路送入微机，由微机控制定时器T₁开，并对其采样、处理和储存；

判断采样时间2-2.5分钟；

采样时间到后，关定时器T₁；

关3号电磁二通阀，电磁六通阀和微型空气泵；

开4号电磁二通阀和真空泵，抽真空6-10秒；

关4号电磁二通阀及真空泵；

关气体检测机构主电源，使整个装置处于待机状态。本发明的智能诊断方法如下：

将智能监测流程得出的被测气体的浓度值与已定的标准值浓度进行比较，当被测气体的浓度值全部小于标准浓度值时，被监测设备运行正常；

当被测气体的浓度值中有大于已定标准值浓度时，则计算

——输入向量，a_i——输入向量的各元素，C_i——一组具体的气体浓度实测值相应的三个比值隶属于各个编码组合的隶属度大小，C_oi——最大标准值或允许值(一般取1)，i——角标，i＝1、2、3、……27：

计算： $\tilde{B}=\tilde{A}O\tilde{R}$

其中：

——输出向量， ——输入向量， ——模糊关系矩阵，O—逻辑运算符号

其中：000、001、002、…、221、222为27组故障编码组合，R₀₁、R₀₂、R₀₃、…、R₀₉表示000编码组合属于9种故障隶属度，R₁₁、R₁₂、R₁₃、…、R₁₉表示001编码组合属于9种故障的隶属度，R₂₆₁、R₂₆₂、R₂₆₃、…、R₂₆₉表示222编码组合属于9种故障的隶属度：

输出向量

判断故障类型；

输出结果。

本发明的装置包括油气分离机构，与该机构连接的气体检测机构，与气体检测机构连接的微机控制诊断机构；气体检测机构包括气体恒温分离机构，与其连接的气电转换机构，与油气分离机构连接的载气机构，使载气机构产生的载气带动油气分离机构中的被测气体经气体恒温分离机构进入气电转换机构，与油气分离机构连接的抽真空机构，载气机构与抽真空机构均是微机控制。微机控制诊断机构包括与气电转换机构中的信号初始处理板上的接线电路的输出端连接的前置信号处理电路，与该电路的输出端对应连接的信号采样储存电路，与该信号采样储存电路对应连接的数据处理诊断电路，与数据处理诊断电路连接的自动控制电路和软件复位电路，与自动控制电路连接的气体检测机构的电气接线电路。

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

本发明可同时在线监测油中六种溶解气体，也可检测监测六种溶解气体中的一种或二种或三种或四种或五种气体，监测周期2-3天，监测灵敏度C₂H₂为1ppm，CO为25ppm，其余四种气体为10ppm，所有气体的监测精度±10％，采用双屏蔽同轴电缆传输信号，抗干扰能力强，既可作单机运行，也可与变电站电气设备工况在线监测系统联机运行。本发明的技术效果与现有技术的比较：

单位	技术方案	检测周期	检测气体范围	检测灵敏度	特点
						日本	高聚膜渗透气体，用半导体气敏元件检测，无故障诊断	7-10天	H2、CO、CH4、C2H4、C2H2、C2H6	15-20ppm	检测周期长
加拿大	高聚膜渗透气体，用半导体气敏元件检测，无故障诊断	24小时	H2、CO、C2H4、C2H2	25ppm	灵敏度低，检测气体种类少
						本装置	高聚膜渗透气体，用半导体气敏元件检测，模糊方法诊断故障	2-3天	H2、CO、CH4、C2H4、C2H2、C2H6	C2H21ppm、H2、CH4、C2H4、C2H610ppm、CO25ppm	检测周期短，灵敏度高，检测气体种类多

图1为本发明的装置结构框图；图2为本发明的装置中的油气分离机构的结构图；图3为油气分离机构中的空心底座的左视图；图4为图5中的A-A剖面图；图5为油气分离机构中的空心底座的右视图；图6为油气分离机构中的补强板的主视图；图7为补强板的左侧图；图8为气体检测机构的主视图；图9为气电转换机构的主视图；图10为气电转换机构的俯视图；图11为检测主板主视图；图12为检测主板B-B剖面图；图13为气体检测机构的电气接线电路图；图14为信号初始处理板的接线电路图；图15为智能监测流程图；图16为智能诊断流程图；图17为前置信号处理电路图；图18为溶解气体的自动监测与诊断电原理图；图19为图18中的软件复位电原理图的放大图；图20为图18中的信号采样电原理图的放大图；图21为图18中的自动控制电原理图的放大图；图22为图18中的数据处理诊断电原理图的放大图。

在图1至图12中：

1--过滤器             2--微型空气泵          3--过滤器          4--稳压器

5--稳压阀             6--气体流量表          7--电磁六通阀      8--测量管

9--补强板             10--渗透气体膜         11--渗透气室       12--气体分离柱

13--三通组件          14--2号电磁二通阀      15--3号电磁二通阀  16--1号检测室

17--2号检测室         18--信号初始处理板     19--4号电磁二通阀  20--真空泵

21--微机控制诊断机构  22--恒温箱             23--传输电缆       24--空心底座

25--密封接口          26--密封接口           27--密封接口       28--气电转换机构

29--检测主板          30--第一组气体传感器   31--第二组气体传感器

32--固定螺钉          33--密封接口

下面结合附图予以说明：

油气分离机构包括空心底座[24]，装在该空心底座[24]上且与其密封的气体渗透机构，装在该机构上的电磁六通阀[7]和4号电磁二通阀[19]，并使二者均与气体渗透机构中的渗透气室连通，电磁六通阀[7]上装有测量管[8]和两个与管道连通的密封接口[25]、[26]，4号电磁二通阀[19]上的密封接口[27]；气体渗透机构包括夹在左、右补强板[9]之间的气体渗透膜[10]，并通过连接件[32]固定在空心支座的台阶孔内，每一补强板[9]上分布有3-7mm的圆形通孔，其最佳直径为5mm的小通孔，台阶孔上装有密封的盖板，且使补强板[9]与盖板之间形成渗透气室，通过连接件，将盖板上的支承板、盖板、空心支座固定在空心底座[24]上。使变压器油中的多种溶解气体经过空心底座[24]、空心支座、补强板[9]和气体渗透膜[10]进入渗透气室。

气体检测机构中的气体恒温分离机构装在控制柜上，该机构包括恒温箱[22]，装在该箱内的加热器和气体分离柱[12]，加热器可为电阻丝或石英板，气体分离柱[12]的一端通过管道接电磁六通阀的密封接口[26]，其另一端与三通组件[13]连接。装在恒温箱上的温度传感器和风扇，并使温度传感器与温度表连接。并由微机控制其内的工作温度。

气体检测机构中的气电转换机构包括与三通组件[13]连接的2号电磁二通阀[14]和3号电磁二通阀[15]，2号和3号电磁二通阀[14]、[15]被支承在支承架上，2号、3号电磁二通阀[14]、[15]通过管道分别与密封的1号检测室[16]和2号检测室[17]连接，这两个检测室旁边装有检测主板[29]，在每一检测室的检测主板[29]上互成120°位置各装有一气体传感器，组成一组传感器，检测主板[29]上分别装了两组传感器[30]、[31]，每组传感器可根据被测气体的情况增加或减少。各传感器的输入端与对应的检测室内的气体接触，分别检测溶解气体H₂、CO、CH₄和C₂H₄、C₂H₂、C₂H₆，其输出端分别与信号初始处理板[18]上的接线电路的输入端连接。

进入恒温箱[22]内气体分离柱[12]之前的气体组份为H₂、CO、CH₄、C₂H₄、C₂H₂、C₂H₆六种气体的混合体，之后则分离成二组气体组份，先流出第一组气体组份H₂、CO、CH₄的混合体，后流出第二组气体组份C₂H₄、C₂H₂、C₂H₆的混合体，中间间隔时间为30S-40S钟；H₂、CO、CH₄的混合体由1^#检测室[16]对应的第1组传感器[30]检测；第1组传感器由MS₁、MS₂、MS₃三种传感器组成，分别对应检测H₂、CO、CH₄三种气体。MS₁型气体传感器是以电阻变化的半导体气敏传感器的原理制成；将金属氧化锡粉末和磨粹的金属银粉末按SnO₂∶Ag＝49-51∶1-2.5重量比例配制混合均匀，在900℃-1100℃熔化后调制成浆料均匀地涂抹在该传感器的整个绝缘基片上，绝缘基片可用聚四氟乙烯材料制成，长2-5mm，宽2-5mm，厚0.2-0.5mm，其涂层厚度为5-7μm，室温放置12-36小时后制成的金属氧化物元件，对H₂、C₂H₄的选择性极高，而对CO、CH₄、C₂H₆、C₂H₂几乎无反应。MS₂型气体传感器是以固体电解质气敏传感器的原理制成，在现有技术中已有报导，此种传感器对CO的选择性极高，对H₂、CH₄几乎无反应。MS₃气体传感器是以电阻变化的半导体气敏传感器的原理制成；将金属氧化锌粉末和磨碎的金属铂粉末按ZnO∶Pt＝49-51∶1-2.5重量比例配制混合均匀，在900℃-1100℃熔化后调制成浆料均匀地涂抹在该传感器的整个绝缘基片上，其涂层厚度为5-7μm，绝缘基片同第一支传感器，室温放置12-36小时后制成的金属氧化物元件，对CH₄、C₂H₆具有极好的选择性及灵敏度，而对H₂、CO、C₂H₂、C₂H₄几乎无反应。C₂H₄、C₂H₂、C₂H₆的混合体由2^#检测室[17]对应的第二组传感器[31]检测；第二组传感器由MS₁、MS₄、MS₃三种传感器组成，分别对应检测C₂H₄、C₂H₂、C₂H₆三种气体组份；检测C₂H₄、C₂H₆的传感器已作介绍，MS₄型传感器是以电阻变化的半导体气敏传感器的原理制成：将金属氧化锌粉末和金属氧化钼、氧化钒及金属Ag磨碎的粉末按ZnO∶M₀O₃∶V₂O₅∶Ag＝49-51∶0.1-0.25∶1-2.5∶1-2.5重量比例配制混合均匀，在900℃-1100℃熔化后调制成浆料均匀地涂抹在该传感器的整个绝缘基片上，其涂层厚度5～7μm，室温放置12-36小时后制成的半导体元件，对C₂H₂气体具有极大的选择性和足够高的灵敏度，而对C₂H₄、C₂H₆气体几乎无反应。

信号初始处理板上的接线电路由6个与对应气体传感器匹配的跟随器和6个对应放大器分别对应连接而成，每一对应的跟随器与每一对应的放大器的连接关系是：每一对应的气体传感器的信号输出端与一电阻的一端和放大器LM1458的第3脚(即正极)连接，该电阻的另一端接地。放大器LM1458的第2脚(即负极)与一电阻的一端和放大器LM1458的第1脚连接，放大器LM1458的第4脚、8脚分别接-15伏，+15伏电源。该电阻的另一端接另一放大器LM1458的第6脚(即负极)和电阻的一端，另一放大器LM1458的第7脚与电阻的另一端连接，另一个放大器LM1458的第5脚(即正极)接一电阻的一端后，其另一端接地。使每一跟随器的输入端接对应的一个气体传感器信号的输出端，每一放大器的信号输出端通过相应的电缆接前置信号处理电路对应的一个输入端。

前置信号处理电路包括放大器LM1458、数字开关4051、电阻、电容、二极管及接插件。信号初始处理板上的接线电路输出的信号经前置信号处理电路的信号输入端输入，由放大器和电阻组成的信号放大电路后，经由放大器、电阻、电容组成的信号滤波处理电路，再经由二极管IN4734组成的钳压电路后接数字开关4051，由数字开关4051的A、B、C脚，控制六路信号中的一路选通，并将选通后的信号传输到信号采样储存电路，数字开关4051的A、B、C脚与信号采样储存电路的地址锁存器74HC75的第10、15、16脚连接，数字开关4051的IN脚与采样片AD574A的第13脚连接。

信号采样储存电路包括AD574A采样片，62256储存片、74HC75地址锁存器、74HC00和74HC02逻辑芯片、电阻、电容和接插件。AD574A采样片的DB0-DB11各数据端分别通过相应的数据总线与62256储存片的D0-D7和电阻排RR1的8个相应的电阻连接，8个电阻的另一端同时连接后接+5伏电源。AD574A采样片的控制脚CE、R/C脚分别与逻辑芯片74HC00的3、6输出脚相连，AD574A采样片的控制脚A0/SC、CS1、STATUS脚通过控制线分别与数据处理、诊断电路的A0/SC、CS1、STATUS脚对应连接。AD574A采样片的第10脚连接一电位器W2，其第12脚连接一电位器W3，其第8脚均与电位器W2、W3连接在一起组成校正电路。62256储存片的A0-A13地址脚通过各自的地址线与数据处理、诊断电路的地址脚A0-A13连接，62256储存片的控制脚OE、WE作为两个逻辑芯片74HC00的输入端控制其输出，62256储存片的选通端CS1通过选通线与数据处理、诊断电路的CS1(即译码器74HC138的第12脚)端连接；74HC75地址锁存器的D0-D2脚与数据总线的D0-D2对应连接，分别对应的控制地址锁存器74HC75的输出端的第16、15、10脚(即其输出端A、B、C)。地址锁存器74HC75的第13、4脚均与逻辑芯片74HC02的第4脚连接，逻辑芯片74HC02的输入端的第6脚与数据处理、诊断电路中的译码器74HC138的第13脚连接，其第5脚与数据处理，诊断电路中的储存片62256的WE脚连接。

自动控制电路包括显示芯片74HC377，两片逻辑芯片74HC03，两片隔离芯片TLP521-4，驱动芯片MC1413，电阻、电容、二极管和接插件。显示芯片74HC377的输入端D5-D7脚分别与数据处理、诊断电路的数据总线D5-D7连接。显示芯片74HC377的控制脚CLK、OE分别与数据处理、诊断电路中的80C31的WR，译码器74HC138的3770E脚连接，显示芯片74HC377的输出端分别与发光二极管的低压端连接，控制发光二极管的发光。两片逻辑芯片74HC03的输入端C1-C8受数据处理，诊断电路C1-C8控制端控制。C1-C8依次对应连接关系是：第1片逻辑芯片74HC03的第2、5、9、12脚分别通过控制线与数据处理诊断电路的逻辑芯片74HC04的第2、4、6、8脚连接，第2片逻辑芯片74HC03的第8、11、2、4脚分别通过控制线与数据处理诊断电路的逻辑芯片74HC04的第10、12脚和CPU80C31的第7、8脚连接。两片逻辑芯片74HC03的输出端通过逻辑关系与两片隔离芯片TLP521-4的输入端对应脚连接，两片隔离芯片TLP521-4的输出端通过控制关系与驱动芯片MC1413的输入端对应连接，其输出端分别与检测机构的电气接线电路的接线端dy、rt₁、rt₂、rt₃、rt₄、Ltv、+24V电源对应连接，以控制这些脚的电平高低。所有逻辑芯片74HC03，隔离芯片TLP521-4的弱电高电平通过各自的150Ω上拦电阻接+5V电源，强电高电平通过各自的4.7KΩ上拦电阻接入+24V电源，第2片隔离芯片的TLP521-4的第8脚与检测机构的电气接线电路的WK端连接，以控制气体检测机构恒温箱的温度。

软件复位电路包括逻辑芯片74HC00、电阻、电容、开关及二极管。该电路的C9、C10端分别与数据处理及诊断机构中的CPU80C31的第12、9脚连接，逻辑芯片74HC00组成一组复位电路。其具体的连接关系是：逻辑芯片74HC00的第1脚与二极管的负极连接，其第2脚与一电阻一端、电容和其第1脚连接，电容的另一端接地，二极管的正极接C9端，电阻另一端接另一电阻后接+5V电源，二极管的正极接在两个电阻的连线上。其第3脚与逻辑芯片74HC00的第4、5、10脚连接，其第6脚接一电阻的一端，电阻的另一端接一电容的正极和逻辑芯片74HC00的第9脚，电容的另一端接地，逻辑芯片74HC00的第8脚接逻辑芯片74HC00的第12、13脚，其第11脚接二极管的正极、该二极管的负极接一电阻的一端和C10端，该电阻另一端接另一电阻和电容的负极，电容的正极接+5V电源后与开关S1连接。通过该电路中的电容的充放电在C9端置以瞬间高电平时使C10端产生一持续高电平，使数据处理及诊断电路中的CPU80C31的第9脚复位。

数据处理及诊断电路包括CPU80C31，逻辑芯片74HC04，74HC02，地址锁存器74HC75、74HC373，译码器74HC138，程序存贮器27C64，电容及接插件。80C31的第1组I/O线P10-P17分别通过逻辑芯片74HC04与控制脚C1-C8连接；其第0组I/O线P00-P07通过数据总线与地址锁存器74HC373和程序存储器27C64的数据端分别对应连接，其第2组I/O线P20-P22分别与地址总线A8-A10、地址锁存器74HC75的第2、3、6脚，程序存储器27C64的第25、24、21脚连接，再对应接地址总线A12-A14；其第2组I/O线中的P23脚与程序存储器27C64的第23脚、地址总线A11连接；第2组I/O中的线P24脚与译码器74HC138的第1脚，程序存储器27C64的第2脚连接，第二组I/O线中的P25-P26脚与译码器74HC138输入端的第2、3脚连接，其第二组I/O线中的P27脚与译码器74HC138的第4、5脚连接，CPU80C31的第30脚与地址锁存器74HC373的第11脚连接，CPU 80C31的第29脚接程序存储器27C64的第22脚，CPU 80C31的第16脚与逻辑芯片74HC02的第2脚连接。地址锁存器74HC373的输出端Q0-Q7与程序存储器27C64的A0-A7对应连接后接地址线。CPU 80C31的x1、x2脚与一晶片及电容C13、C14共同组成一个晶振回路。地址锁存器74HC75的第13、4脚均与逻辑芯片74HC02的第1脚连接，地址锁存器74HC75的第5脚接+5V电源和电容后，再接地址锁存器74HC75的第12脚后接地。译码器74HC138的第16脚接+5V电源，其通过不同的逻辑关系使其输出端Y0-Y7具有不同的电平，其中Y2-Y6端分别与接插件的Y2、CS1、3770E、CS、CS1脚连接，分别控制数据处理，诊断电路和信号采样锁存电路，自动控制电路的相应元件。其中译码器74HC138的输出端Y5与逻辑芯片74HC02的第3脚连接。CPU80C31的WR端和译码器74HC138的Y5端共同作用通过逻辑芯片74HC02控制地址锁存器74HC75的选通脚E01。

气体检测机构的电气接线电路主要包括继电器KA1-KA8，开关元件K′A1-K′A8，发光二极管EL11-EL18，电源保险、电源开关及接插件。继电器KA1-KA8分别对应控制开关元件K′A1-K′A8，并由K′A1-K′A8开关分别控制主电源，微型空气泵、2号电磁二通阀、3号电磁二通阀、电磁六通阀、4号电磁二通阀及真空泵的开通或关闭，恒温箱的温度和风扇的开或关，发光二极管EL11-EL18的正极分别与继电器KA6、KA5、KA7、KA8、KA1、KA2、KA3、KA4对应连接，其负极分别与自动控制电路的接插件的dy、rt₁、rt₂、rt₃、ltv、rt₄、wk、wk端对应连接。

一台运行变压器，若存在故障，把故障看成是一个整体，其故障原因与27组编码(电力系统判断变压器内部故障常用的27组编码值由六种气体浓度不同的比值得三个比值后的不同组合组成)之间有不同程度的内在联系，按国际改良电协、研究法可把电力变压器内部的故障分为9大类，故障1-9类分别对应于局部放电，低温过热(＜150℃)，低温过热(150℃-300℃)，中温过热(300℃-700℃)，高温过热(＞700℃)，火花放电、火花放电兼过热，电弧放电，电弧放电兼过热，27组故障编码组合为000、001、002、……、221、222，共同组成模糊关系矩阵 由智能监测流程得出的被测气体的浓度与已定的标准值浓度进行比较，若被测六组气体的浓度值都小于已定标准值，则被测设备没有故障，若被测六种气体的浓度值中有大于已定标准值浓度时，则通过模糊方法诊断故障。

某运行变压器通过油中溶解气体在线监测得到H₂、CO、CH₄、C₂H₄、C₂H₂、C₂H₆的气体浓度为(ppm)188、898、236、237、18.1、31.8，由模糊诊断矩阵得出最后的评判矩阵

$\tilde{B}=(\mathrm{0.000,0.000,0.000,0.016,0.080,0.080,0.000,0.096},0.725),$

可以看出，隶属度最大的是0.725，确定为第9类故障；电弧放电兼过热，通过变压器停电吊芯检查发现C相线圈分接头抽头引线对压铁马蹄口放电高压A、B相线圈对压环放电，低压B相尾部烧焦。属电弧放电兼过热故障，诊断正确。

Claims (14)

1.一种溶解气体在线智能监测方法，其特征在于该方法的每一循环过程按以下顺序进行：

(1)使溶解气体在线智能监测装置处于待机状态；

(2)判断溶解气体在线智能监测装置中的油气分离机构进行气体渗透时，气体压力达到动态平衡的时间2-5天；

(3)气体压力达到动态平衡时，开气体检测机构主电源；

(4)使气体检测机构转成检测状态显示；

(5)判断气体检测机构中的恒温箱内的温度达到设定温度50℃±2℃；

(6)当恒温箱内的温度达到设定温度时，开微型空气泵、开3号电磁二通阀，通过载气机构对2号检测室通过滤后的载气，延时1-2分钟，使该检测室上的的气体传感器处于稳定工作状态；

(7)关3号电磁二通阀，开2号电磁二通阀，通过载气机构对1号检测室通过滤后的载气，延时1-2分钟，使该检测室上的气体传感器处于稳定工作状态；

(8)开电磁六通阀，使油气分离机构中的气体与载气通路相连，并随载气经过气体恒温分离机构，多通组件，2号电磁二通阀进入1号检测室，通过该检测室上的一组气体传感器分别检测出H₂、CO、CH₄气体信号，或检测其中一种或二种气体信号，这些信号经信号初始处理板上的接线电路送入微机，由微机控制T_i定时器开，并对其采样、处理和储存；

(9)判断采样时间40-60秒；

(10)采样时间到后，关定时器T_i；

(11)关2号电磁二通阀，开3号电磁二通阀，并延时20-40秒钟；

(12)通过2号检测室上的一组气体传感器，分别检测出C₂H₄、C₂H₂、C₂H₆气体信号，或检测其中一种或二种气体信号，这些信号经信号初始处理板上的接线电路送入微机，由微机控制T_i定时器开，并对其采样、处理和储存；

(13)判断采样时间2-2.5分钟；

(14)采样时间到后，关采样定时器T1；

(15)关3号电磁二通阀，电磁六通阀和微型空气泵；

(16)开4号电磁二通阀和真空泵，抽真空6-10秒；

(17)关4号电磁二通阀及真空泵；

(18)关气体检测机构主电源，使整个装置处于待机状态。

2.一种溶解气体在线智能诊断方法，其特征在于该方法按以下步骤进行；

(1)将智能监测流程得出的被测气体的浓度值与已定的标准值浓度进行比较，当被测气体的浓度值全部小于标准值时，被监测设备运行正常；

(2)当被测气体的浓度值中有大于已定标准值浓度时，则计算： $\tilde{A}=a_i=\frac{C_i}{\mathrm{Coi}}$ 其中：

——输入向量，a_i——输入向量的各元素，C_i——一组具体的气体浓度实测值相应的三个比值隶属于各个编码组合的隶属度大小，C_oi——最大标准值或允许值(一般取1)，i——角标，i＝1、2、3、……27；

(3)计算 $\tilde{B}=\tilde{A}O\tilde{R}$

其中： ——输出向量， ——输入向量， ——模糊关系矩阵，O—逻辑运算符号，

其中：000，001，002，…，221，222为27组故障编码组合，R₀₁，R₀₂，R₀₃，…，R₀₉表示000编码组合属于9种故障隶属度，R₁₁，R₁₂，R₁₃，…，R₁₉表示001编码组合属于9种故障隶属度，R₂₆₁，R₂₆₂，R₂₆₃，…，R₂₆₉表示222编码组合属于9种故障隶属度；

(4)输出向量

(5)判断故障类型；

(6)输出结果。

3.一种溶解气体在线智能监测诊断装置，包括与油气分离机构连接，并受微机控制的载气机构和抽真空机构，其特征在于该装置包括油气分离机构，与该机构连接的气体检测机构，与气体检测机构连接的微机控制诊断机构；气体检测机构包括气体恒温分离机构，与其连接的气电转换机构，使油气分离机构产生的气体经气体恒温分离机构进入气电转换机构；微机控制诊断机构包括与气电转换机构中的信号初始处理板上的接线电路的输出端连接的前置信号处理电路，与该电路的输出端对应连接的信号采样储存电路，与信号采样储存电路对应连接的数据处理诊断电路，与数据处理诊断电路连接的自动控制电路和软件复位电路，与自动控制电路连接的气体检测机构的电气接线电路。

4.根据权利要求3所述的溶解气体在线智能监测诊断装置，其特征在于油气分离机构包括空心底座，装在该空心底座上且与其密封的气体渗透机构，装在该机构上的电磁六通阀和4号电磁二通阀，并使二者均与气体渗透机构中的渗透气室连通，电磁六通阀上装有测量管和两个密封接口，4号电磁二通阀上也装有密封接口。

5.根据权利要求4所述的溶解气体在线智能监测诊断装置，其特征在于气体渗透机构包括夹在左、右补强板之间的气体渗透膜，并通过连接件固定在空心支座的台阶孔内，每一补强板上分布有直径为3-7mm的圆形通孔，其最佳直径为5mm的小通孔，空心支座的台阶孔上装有密封的盖板，且使补强板与盖板之间形成渗透气室，通过连接件，将盖板上的支承板、盖板、空心支座固定在空心底座上。

6.根据权利要求3所述的溶解气体在线智能监测诊断装置，其特征在于气体恒温分离机构包括恒温箱，装在该箱内的加热器和气体分离柱，气体分离柱的一端接电磁六通阀上的密封接口，其另一端接三通组件，装在恒温箱上的温度传感器和风扇，使温度传热器与温度表连接，由微机控制恒温箱内的工作温度。

7.根据权利要求3所述的溶解气体在线智能监测诊断装置，其特征在于气电转换机构包括与三通组件连接的2号电磁二通阀和3号电磁二通阀，这两个阀分别接密封的1号检测室和2号检测室，这两个检测室的旁边装有检测主板，在每一检测室所对的检测主板上互成120℃的位置各装了一气体传感器组成一组气体传感器，各传感器的输入端与对应的检测室内的气体接触，各输出端分别与信号初始处理板上的接线电路的输入端连接。

8.根据权利要求3所述的溶解气体在线智能监测诊断装置，其特征在于信号初始处理板上的接线电路由6个与对应气体传感器匹配的跟随器和6个对应的放大器分别对应连接而成，使每一跟随器的输入端接对应的一个气体传感器的信号输出端，每一放大器的信号输出端接前置信号处理电路对应的一个输入端。

9.根据权利要求3所述的溶解气体在线智能监测诊断装置，其特征在于前置信号处理电路包括放大器LM1458、数字开关4051，电阻、电容、二极管及接插件，信号初始处理板上的接线电路的输出信号经前置信号处理电路的输入端输入由放大器和电阻组成的信号放大电路后，经由放大器、电阻、电容组成的信号滤波处理电路，再经二极管IN4734组成的钳压电路后接数字开关4051，数字开关4051的A、B、C脚分别与信号采样储存电路的地址锁存器74HC75的第10、15、16脚造接，其IN脚与采样片的第13脚连接。

10.根据权利要求3所述的溶解气体在线智能监测诊断装置，其特征在于信号采样储存电路包括采样片AD574A、储存片62256、地址锁存器74HC75、逻辑芯片74HC00、74HC02，电阻、电容和接插件，采样片AD574A的各数据端DB0-DB11通过相应的数据总线与储存片62256的数据端D0-D7和电阻排RR1的8个相应的电阻连接，8个电阻的另一端同时连接后接+5V电源，其控制脚CE、R/C分别与逻辑芯片74HC00的输出脚3、6相连；其控制脚AO/SC、CS1、STATUS通过控制线分别与数据处理、诊断电路的AO/SC、CS1、STATUS脚对应相连，其第10、12脚各接一电位器W2、W3后均与其第8脚连接组成校正电路；储存片62256的A0-A13地址脚通过各自的地址线与数据处理、诊断电路的地址脚A0-A13对应连接，其控制脚OE、WE作为两个逻辑芯片74HC00的输入端控制其输出，其选通端CS1通过选通线与数据处理、诊断电路的CS1端连接；地址锁存器74HC75的D0-D2脚与数据总线的D0-D2对应连接，分别对应控制地址锁存器74HC75的输出端A、B、C，其第13、4脚均与逻辑芯片74HC02的第4脚连接，逻辑芯片74HC02的输入端的第6脚与数据处理、诊断电路中的译码器74HC138的第13脚连接，其第5脚与数据处理、诊断电路中的储存片62256的WE脚连接。

11.根据权利要求3所述的溶解气体在线智能监测诊断装置，其特征在于自动控制电路包括显示芯片74HC377，两片逻辑芯片74HC03、两片隔离芯片TLP521-4、驱动芯片MC1413、电阻、电容、二极管和接插件；显示芯片74HC377的输入端D5-D7脚分别与数据处理、诊断电路的数据总线D5-D7连接，其控制脚CLK、OE分别与数据处理、诊断电路中CPU80C31的WR、译码器的3770E脚连接，其输出端分别与发光二极管的低压端连接，控制发光二极管发光；两片逻辑芯片74HC03的输入端C1-C8分别受数据处理、诊断电路的C1-C8控制端的控制，两片逻辑芯片74HC03的输出端通过逻辑关系与两片隔离芯片TLP521-4的输入端对应脚连接；两片隔离芯片TLP521-4的输出端通过控制关系与驱动芯片MC1413的输入端对应连接，其输出端分别与检测机构的电气接线电路的接线端dy、rt₁、rt₂、rt₃、rt₄、ltv、+24伏电源对应连接，所有逻辑芯片74HC03、隔离芯片TLP521-4的弱电高电平通过各自的150Ω上拉电阻接+5V电源，强电高电平通过各自的4.7KΩ上拉电阻接入+24V电源，第2片隔离芯片TLP521-4的第8脚与检测机构的电气接线电路的WK端连接。

12.根据权利要求3所述的溶解气体在线智能监测诊断装置，其特征在于软件复位电路包括逻辑芯片74HC00、电阻、电容、开关及二极管，该电路的C9、C10端分别与数据处理诊断电路中的CPU80C31的第12、9脚连接，逻辑芯片74HC00组成一组复位电路，逻辑芯片74HC00的第1脚与二极管的负极连接，其第2脚与一电阻一端、电容和其第1脚连接，电容的另一端接地，二极管的正极接C9端，电阻的另一端接电阻后接+5V电源，二极管的正极接在两个电阻的连线上，其第3脚与逻辑芯片74HC00的第4、5脚和逻辑芯片74HC00的第10脚连接，其第6脚接一电阻的一端，电阻的另一端接一电容的正极和逻辑芯74HC00的第9脚，电容的另一端接地，逻辑芯片74HC00的第8脚接逻辑芯片74HC00的第12、13脚，其第11脚接二极管的正极，其负极接一电阻和C10端，该电阻的另一端接另一电阻和电容负极，电容的正极接+5V电源后与开关S1连接。

13.根据权利要求3所述的溶解气体在线智能监测诊断装置，其特征在于数据处理诊断电路包括CPU80C31、逻辑芯片74HC04、74HC02、地址锁存器74HC75、74HC373、译码器74HC138、程序存贮器27C64、电容及接插件，80C31的第1组I/O线P10-P17分别通过逻辑芯片74HC04与控制脚C1-C8连接，其第0组I/O线P00-P07通过数据总线与地址锁存器74HC373和程序存储器27C64的数据端D0-D7分别对应连接，其第2组I/O线P20-P22分别与地址总线A8-A10，地址锁存器74HC75的第2、3、6脚、程序存贮器的第25、24、21脚连接，地址锁存器74HC75的第16、15、10脚对应接地址总线A12-A14；其第2组I/O线中的P23脚与程序存贮器27C64的第23脚、地址总线A11连接，第2组I/O线中的P24脚与译码器74HC138的第1脚、程序存贮器27C64的第2脚连接，第2组I/O线中的P25-P26脚与译码器74HC138的第2、3脚连接，其第2组I/O线中的P27脚与译码器74HC138的第4、5脚连接，CPU80C31的第30脚与地址锁存器74HC373的第11脚连接，CPU80C31的第29脚接程序存贮器27C64的第22脚，CPU80C31的第16脚与逻辑芯片74HC02的第2脚连接，地址锁存器74HC373的输出端Q0-Q7与程序存贮器的A0-A7对应连接后接地址线，80C31的x1、x2脚与一晶片及电容C13、C14共同组成一个晶振回路；地址锁存器74HC75的第13、4脚均与逻辑芯片74HC02的第1脚连接，地址锁存器74HC75的第5脚接+5V电源和电容后再接地址锁存器74HC75的第12脚后接地，其第16脚接+5V电源，译码器74HC138通过不同的逻辑关系使其输出端Y0-Y7具有不同的电平，其中Y2-Y6端分别与接插件的Y2、CS1、3770E、CS、CS1脚连接，其Y5端与逻辑芯片74HC02的第3脚连接。

14.根据权利要求3所述的溶解气体在线智能监测诊断装置，其特征在于气体检测机构的电气接线电路主要包括继电器KA1-KA8，开关元件K′A1-K′A8，发光二极管EL11-EL18、电源保险、电源开关及接插件；继电器KA1-KA8分别对应控制开关元件K′A1-K′A8，K′A1-K′A8开关分别控制主电源、微型空气泵、2号电磁二通阀、3号电磁二通阀、电磁六通阀、4号电磁二通阀及真空泵的开通或关闭，恒温箱的温度和风扇的开关，发光二极管EL11-EL18的正极分别与继电器KA6、KA5、KA7、KA8、KA1-KA4对应连接，二极管EL11-EL18的负极分别与自动控制电路的接插件的dy、rt₁、rt₂、rt₃、ltv、rt₄、wk端对应连接。

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