[发明专利]填充有流体的电气设备智能分析系统和方法

说明书

本发明一般而言涉及填充有流体的电气设备，具体来说本发明涉及实时确定电气设备的操作状态、分析状态和预报的设备和方法，以及含有此类确定设备的电气设备。

电气设备，特别是中压或高压电气设备，需要在其各部件之间实现高度的电气绝缘和热隔离。因此，众所周知的方法是将电气设备的各个组件，比如变压器线圈，密封在容器中，并且填充该容器以流体。该流体便于这些组件所产生的热的散失，而且可以经热交换器循环，以有效降低组件的工作温度。流体的另一目的是充作部件之间的电绝缘，或者是对组件周围的其它绝缘形式，比如纤维素纸或其它绝缘材料的一种补充。可以采用具有所需电气和热特性的任何流体。通常，电气设备填充有油类，比如蓖麻油，矿物油，或植物油，或合成“油”，比如氯化联苯，硅树脂，或六氟化硫。

通常，电气设备使用在故障代价可能非常昂贵的，或者甚至由于关键系统的断电故障因而代价可能是灾难性的不利环境中。同样，电气设备的故障通常导致对设备自身以及周围设备有很大程度的损害。此外，这种故障可能由于电冲击、火、或者爆炸而导致对人员的伤害。因此，需要的是监视电气设备的状态，以通过对初始故障的检测来预测设备的潜在故障，以及通过修复、更换、或调节设备的操作条件而采取补救行动。但是，填充流体的电气设备的性能和状态会随着时间的流逝而有所降低。应当将初始和可接收的性能降低与故障和初始故障区别开来。

公知的监测填充流体电气设备的状态的方法是监视流体的各种参数。例如，已知流体和流体中总的可燃气体(TCG)的温度对填充有流体的电气设备的操作状态有所指示。因此，监视流体的这些参数可以提供对设备中任何始发故障的指示。例如，已发现随着电气设备中纤维素绝缘的热老化和性能降低，一氧化碳和二氧化碳的浓度会增加。氢和碳氢化合物的浓度也会由于循环电流和诸如电晕和飞弧的介质击穿引起的热点而增加。氧和氮的浓度表明在大型设备、比如变压器中所采用的气体加压系统的质量。因此，溶解气体分析法(DGA)已经成为辨别在填充流体的电设备中始发故障的一种广为接受的方法。

在常规的DGA方法中，一定量的流体经排水阀从设备的密闭容器中排出。然后排出的流体在实验室或由现场的设备进行溶解气体测试。这一测试方法被称为Aoff-1ine@DGA(离线式DGA)。由于这些气体是由各种已知的故障，比如绝缘材料或设备电部件的其它部分的性能降低，线圈中各圈之间的短路，过载，连接松弛等等造成的，所以产生了各种将流体中的各种气体的量和该流体包含于其中的电气设备内的特定故障关联起来考虑的诊断理论。

但是，由于常规的离线式DGA方法要求将流体从电气设备除去，因此这些方法不能，1)得出和设备中发生的任何故障有关的局部化位置信息，2)考虑设备中气体的空间变化，以及3)提供和故障有关的实时数据。如果分析是非现场进行的，几小时内可能得不出结果。在这段时间内始发故障可能会演变为设备故障。

MICROMONITORS，INCJ和SYPROTECJ公司各自开发了驻留在变压器的排水阀或其它单个地点内的气体传感器，这些传感器克服了离线DGA的某些局限性。但是，利用这样的装置是无法辨别和故障有关的位置数据，这是因为它设置在一个预先定义的地点而不提供气体源(即，故障)位置的任何指示。美国专利4，654，806披露了监视变压器的设备，它包括检测油温、油中气体、和外壳温度。来自传感器的原始数据由微计算机采集，并周期性地下载到远程主机。微计算机可以将各种测得参数和预定阈值相比较，如果超出阈值则启动警报或其它示警手段。远程主机可以基于周期性下载到远程主机的参数控制变压器的冷却系统。类似地，美国专利3，855，503披露了一个远程监控的变压器，其中来自传感器的数据被下载到远程计算机并将其和预定阈值比较。如果超出阈值，则将变压器断电。据美国专利4，654，806披露，各个阈值可以基于其它阈值而改变。但是，美国专利4，654，806和3，855，503不能实时提供广泛而慎密的诊断，这是因为它们没有考虑填充流体的电气设备的各种操作参数之间的复杂关系或填充流体的电气设备性能随着时间的正常退化。题为“Monitoring the Healthof Power Transformer”(监视功率变压器的使用状况)的文章探讨了麻省技术研究所所作的和基于模型的诊断系统有关的研究。