[发明专利]变压器故障气体监测系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力故障监测系统及方法，更具体地说，涉及一种变压器故 障气体监测系统及方法。

背景技术

变压器是电力系统中最重要和昂贵的电气设备之一，它一旦发生故障， 将会造成严重的损失和后果。为了有效提高电力系统的可靠性及预先发现潜 伏性故障，适当的检测及维修是不可缺少的。在正常情况下，充油式变压器 内部的绝缘油及固体绝缘材料在热电应力作用下会逐渐老化和分解，产生不 同的气体，其中包括氢气、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、一氧化碳及二氧化碳 等。当变压器存在着潜伏性过热或电气故障时，这些气体的产生速度便会加 快，部分气体会溶解到绝缘油中。油中故障气体的相对浓度及其形成速度主 要取决于故障点能量及严重程度，所以根据监测这些气体的浓度及其变化， 便可以进一步推断出变压器内部是否存在着潜伏性故障及其类型。

目前，油中溶解气体分析(Dissolved Gas Analysis)是诊断和监测大型充 油式变压器潜伏性故障最有效的方法之一。而监测方法大致可分为离线和在 线两种。离线监测主要透过从变压器中抽取油样，在实验室进行油气分离， 再用气相色谱仪测定不同气体的含量，而这个程序最少每半年至一年进行一 次，以监测变压器的运行情况。但离线分析明显地存在缺点，就是它不能有 效监测变压器在两次检验期间的实时状态，而根据有关变压器故障统计数据 显示，突发性故障占了高压变压器事故相当大的比重，由此可见，变压器的 在线监测在加强电力系统的稳定性、及时发现潜在故障、提供变压器老化情 况数据和检讨维护周期方面可起到决定性作用。在线监测系统一般利用不同 的油气分离技术，让油中所溶解的故障气体渗透到气室，由气室中的气敏组 件检测故障气体的含量并转换成相应强弱的电信号而达到在线监测的目的。

在油气分离技术方面，在线监测系统最多采用的是平板结构的高分子膜 如聚四氟乙烯薄膜，其优点是结构简单，透气率高、机械强度好、耐油和耐 高温等。其它油气分离技术还包括毛细管柱、血液透析法和中空纤维管装置 等。而实验室色谱分析普遍使用的震荡脱气法和真空脱气法，尽管在便携式 产品中有应用实例，但由于其结构复杂，对稳定性要求较高而较难应用于在 线系统。

市场上的在线监测系统中，比较成熟及被广泛应用的主要有加拿大 SYPROTEC公司研制的HYDRAN在线监测装置。HYDRAN的气体检测技 术是利用燃料电池，借助空气中氧气与四种不同的故障气体发生电化学反应， 经整流放大和温度补偿后得到与故障气体相关的输出电信号，该信号与四种 不同的故障气体的相关系数分别为氢气1、一氧化碳0.18、乙炔0.08、乙烯 0.015。装置的最大优点就是传感器体积小且比较坚固，日常维护工作量少， 以及工作寿命长，但利用这种气体检测技术只能提供单一输出信号，对用于 推断变压器潜伏性故障类型不能提供足够的数据。近年来，多间生产有关设 备的公司都致力研制能同时测量多种故障气体的监测系统，其中在线气相色 谱仪的研究占了绝大部份，但由于系统复杂及昂贵，所以未被广泛采用。因 此，一种成本较低而又能监测部分重要故障气体的系统是有一定的市场需求 和价值的。

发明内容

本发明要解决的技术问题之一在于，针对现有技术的上述系统复杂、成 本高、输出信号单一的缺陷，提供一种变压器故障气体监测系统。

本发明要解决的技术问题之二在于，针对现有技术的上述系统复杂、成 本高、输出信号单一的缺陷，提供一种变压器故障气体监测方法。

本发明解决其技术问题之一所采用的技术方案是：构造一种变压器故障 气体监测系统，包括油气分离装置和光纤气体传感器，所述油气分离装置包 括油泵、油室、气室、设置在油室和气室之间的薄膜，油泵把变压器的绝缘 油输送至油室，绝缘油经过油室后经回路返回变压器，绝缘油中的变压器故 障气体透过薄膜进入气室；所述光纤气体传感器包括激光温控及驱动电路和 与之相连接的多个不同波长范围的分布反馈式激光器，还包括多通道光探测 器、多通道窄带带通滤波器、FPGA、工控机、光隔离器、设置在所述气室 内的光纤气体传感头；所述FPGA控制分布反馈式激光器输出光并传至光隔 离器、光纤气体传感头、多通道光探测器，多通道光探测器将光信号转换成 电信号后送到多通道窄带带通滤波器进行带通滤波及放大，再送到到FPGA 进行运算，FPGA将运算后的数据传到工控机分析、对变压器的状况做出判 断。